WO2018234165A1 - Vorrichtung und verfahren zum umformen einer ebenen blechplatine oder eines vorgeformten dreidimensionalen gebildes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum umformen einer ebenen blechplatine oder eines vorgeformten dreidimensionalen gebildes Download PDF

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WO2018234165A1
WO2018234165A1 PCT/EP2018/065906 EP2018065906W WO2018234165A1 WO 2018234165 A1 WO2018234165 A1 WO 2018234165A1 EP 2018065906 W EP2018065906 W EP 2018065906W WO 2018234165 A1 WO2018234165 A1 WO 2018234165A1
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forming
sheet metal
temperature
punch
wall
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Bernd Kupetz
Ottmar Lehr
Harald Reinert
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Allgaier Werke Gmbh
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    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • a disadvantage of the method and apparatus according to DE 10 2012 005 635 is that the local strength requirements of a workpiece can only be determined by the geometry
  • the sheet thickness can be influenced.
  • the B-pillar fails at a certain point, a so-called predetermined breaking point and a controlled deformation and thus a predetermined energy absorption by the predetermined breaking takes place.
  • the B-pillar on a certain point
  • Breaking behavior shows. To achieve this technical effect is a sheet metal element with certain brittle fracture properties with a sheet metal element with tougher
  • Component thicknesses can also be saved weight.
  • high strength steels are brittle and tend to crack. This occurs regularly at
  • the object of the present invention is therefore to provide a device and a method by means of which a one-piece workpiece can be produced which has locally different strengths.
  • the inventive device for forming a flat sheet metal blank to a three-dimensional structure with at least one bottom, a wall and a
  • a first die having a bottom forming surface forming surface and a wall forming surface forming wall;
  • the temperature is above 100 ° C but below 2000 ° C.
  • the temperature is in the vicinity of a temperature which is responsible for a metallurgical transformation process of the microstructure.
  • the temperature is at or below the AC3 temperature point.
  • the inner die and / or outer die and / or stamp are provided with cooling means.
  • the flat sheet is locally heated by means of an upstream furnace, in particular an induction furnace. It is also possible to achieve local heating via other devices. Heating by means of gas burners or pressing elements which have a certain temperature is also possible.
  • Essential to the invention is that certain local areas of the sheet to be deformed must have a certain temperature before deformation.
  • the choice of the particular temperature for heating the local areas may depend on various factors and conditions.
  • the specific temperature is chosen such that a metallurgical conversion process is expressly avoided. This is to be expected regularly at a threshold temperature of 100 ° C. Conventional steel sheets used in industrial applications do not undergo metallurgical transformation at temperatures of about 100 ° C. such
  • Steel sheets go through a metallurgical transformation, for example, from an austenitic structure into a martensitic structure at a temperature of about 830 ° C with targeted cooling.
  • a critical temperature point can be determined by the AC3 point.
  • the AC3 temperature is about 850 ° C. According to the invention, the temperature can be selected so that only the
  • Steel sheet should be improved before a deformation takes place.
  • a temperature between 120 ° C and 280 ° C is suitable for conventional steels.
  • Sheet metal plate is that no cooling devices are necessary. Because with local heating, the heat energy can be dissipated by the capacitive cooling of the entire forming device after forming. Even with a local temperature selection that is in the range of the AC3 point, it is generally not necessary to provide cooling devices for smaller local areas in order to provide the
  • Cooling as well as the cooling rate.
  • An additional cooling device may therefore be advantageous.
  • the local area (s) to be reshaped and warmed up to a certain temperature in accordance with the present invention have a certain size, i. Surface area, then it may also be useful according to the invention to provide a local cooling device to the heat targeted or
  • Conveyors and safety measures of cold forming can continue to be used and no further special measures must be taken.
  • the conveyors are by the only local
  • Deep-drawn spring housing to a certain temperature, for example, about 850 ° C to heat. Due to the mentioned induction technique, the local heating of a steel sheet up to 4.0 mm thick is a very effective and fast process that only takes a few seconds. Due to the local heating, however, a very strong arises to the immediately adjacent areas of the sheet metal blank
  • the local heating is dimensioned such that there is at least one further temperature zone around the actual deformation region.
  • the at least one further temperature zone can expressly comprise a second, a third, a fourth, a fifth or a sixth temperature zone.
  • the deformation region is heated to a temperature Ti, for example AC3 temperature of about 850 ° C, then according to the invention a second
  • Temperature zone for example, placed annularly around the deformation region.
  • the temperature T 2 of the second temperature zone can according to the invention be between 50% and 80% of the temperature Ti.
  • Ti 830 ° C; 415 ° C ⁇ T 2 ⁇ 664 ° C.
  • a further, third temperature zone with a temperature T3 whose Temperature is between 20% and 50% of the temperature Ti.
  • other temperature profiles are possible according to the invention. Especially at the
  • a preformed three-dimensional structure can also be formed in the device according to the invention.
  • Inventive device for forming a preformed three-dimensional structure to a workpiece with a bottom, a wall and a drawing edge, the following features or components:
  • a first stamp having a bottom forming or further forming
  • the first stamp surrounding sheet holder with a support surface for laying the drawing edge; an inner die having a bottom mold surface; an outer die with a wall molding surface and a clamping surface for detecting the drawing edge and its pressing against the support surface of the sheet holder, wherein the inner die and / or the first stamp having at least a second punch, which is assigned a separate drive and the three-dimensional structure in at least one is heated to a temperature above 100 ° C before the further transformation takes place.
  • the at least second punch makes further deformation possible, in particular if the region of the sheet to be deformed is damaged a local warming gets new material properties.
  • Forming of the sheet can be achieved, which would either not be possible with a single punch or complications during the forming or the
  • the at least two stamps may explicitly include three, four, five, six or seven stamps.
  • a workpiece is produced by means of the device according to the invention, which can be divided into three areas of different material properties.
  • a metallurgical structure for example martensite
  • a metallurgical structure for example ferrite pearlite
  • a metallurgical structure for example ferrite pearlite
  • Starting material for the one-piece workpiece is a sheet-metal plate made of boron-alloyed tempering steel, for example 22MnB5.
  • the sheet-metal region which forms the first region of the workpiece is heated to a temperature of approximately 850 ° C. in a heating device, for example an induction furnace.
  • the sheet metal area that will form the second area of the workpiece is not heated, and the third area of the workpiece is also heated to a temperature of about 850 ° C.
  • this area is suitable for conveyor technology, for example by means of suction holders.
  • an austenitic structure is present in the first and third areas and the forming by the device according to the invention can take place.
  • the second area is still the original structure, such as ferrite perlite in front.
  • the border areas is due to the different temperatures
  • cooling of the workpiece also starts.
  • the cooling and thus the rate of transformation of the metallurgical structure in the first and third regions is controlled by means of cooling means arranged in the tool, for example the inner or outer die or the stamp.
  • Suitable cooling devices are pipes in which coolant flows.
  • Coolant can be water or oil. Both the sizing of
  • Coolant feeders as well as the flow rate affect the cooling rate, which is responsible for the conversion rate and metallurgical conversion quality.
  • the tool After forming and cooling, the tool is opened and the formed workpiece is removed.
  • additional punches are arranged in the inner and / or outer dies, which can be controlled separately from each other and at different speeds,
  • the outer die also includes the entire (negative) shape of the component, interrupted by any recesses for the inner die (s).
  • cooling devices are arranged in the outer die, which enable a process-stable cooling of the workpiece.
  • Bottom mold surface and a wall-forming wall mold surface a sheet metal holder surrounding the stamp with a support surface for laying the drawing edge;
  • Inner die with a bottom molding surface; an outer die having a wall forming surface and a clamping surface for detecting the drawing edge and for pressing it against the support surface of the blank holder; with the following steps: in the open
  • a flat sheet metal blank or a preformed three-dimensional structure is inserted into the pulling device;
  • the inner die and the outer die and the sheet holder are moved together with the clamped board or with the clamped preformed workpiece in the drawing direction; wherein the sheet metal blank or the preformed three-dimensional structure in at least one local area of the stamp and / or the inner and / or outer die a temperature above 100 ° C or 200 ° C or 300 ° C or 400 ° C or 500 ° C or 600 ° C or 700 ° C or 800 ° C.
  • the movement speeds of the inner die on the one hand and the outer die with sheet holder at least during a certain period of the drawing process are unequal size.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a device according to the invention for producing a three-dimensional workpiece during a first state
  • FIG. 2 is a sectional view of a device according to the invention for producing a three-dimensional workpiece during a second state
  • FIG. 3 shows a sectional view of a device according to the invention for producing a three-dimensional workpiece during a third state
  • FIG. 4 shows a sectional view of a device according to the invention for producing a three-dimensional workpiece with cooling devices
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a sheet metal blank with deformation area and temperature lines according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a sheet metal blank with a deformation region and temperature ranges according to the invention.
  • Figure 1 shows a sectional view of a device according to the invention for
  • the workpiece 10 is fixed and defined in the cold forming press via the blank holder 6 and the support surfaces 3.
  • the outer matrix 7 has an inner matrix 5, on which a bottom molding surface 4 is arranged.
  • the bottom mold surface 4 and the wall mold surfaces 2 on the stamp 1 are in some way complementary forms that make the transformations on the two sides of the sheet metal blank or of the workpiece 10.
  • the workpiece 10 shown schematically in the lateral section has a pre-deformation, which is shown as a bulge. In this bulge of the workpiece 10, a local area is arranged, which is heated for further deformation or heated so much that a metallurgical conversion takes place (see Figure 5).
  • Figure 2 shows a sectional view of a device according to the invention for
  • the device according to FIG. 2 is somewhat more closed insofar as the outer die 7, together with the sheet holder 6 and the inner die 5, has moved in the direction of the punch 1. Via the upper air bolts 8, the inner die 5 is movably mounted in the outer die 7 and able to perform a separate movement, independently of the outer die 7. The bulge in the workpiece 10 with the local heating undergoes no further deformation in this second state.
  • Figure 3 shows a sectional view of a device according to the invention for
  • a local area of the workpiece 10 is heated to a temperature of at least 100 ° C.
  • the warm-up temperature can be selected.
  • FIG 4 shows the device according to the invention of Figures 1 to 3, however, with
  • the cooling devices (not shown) can equally be arranged in the outer die 7 or the sheet metal holder 6, provided that the transformations according to the invention are carried out there.
  • FIG. 5 shows a schematically illustrated workpiece 10 with a region 10a to be deformed.
  • temperature lines Ti, T 2 and T3 are shown in dashed lines. These temperature lines are called iso-temperature lines to understand, ie temperature lines with the same temperatures.
  • the area within the temperature line Ti is heated or heated to a temperature which is desirable or necessary for the deformation of the area 10a. If good deformability is desired according to the invention while avoiding a
  • a temperature Ti of about 100 ° C to 300 ° C is useful. Another temperature zone or temperature zones are not necessary with this specification. Likewise is one
  • a local strength or local material property is desired, which can be achieved by means of a metallurgical microstructure transformation, it is useful according to the invention to select a temperature Ti of about 800 ° C. to 1000 ° C. Due to the high local temperature of Ti, it makes sense to provide further temperature ranges T 2 and T 3, which is a gradual adaptation of the temperature zones to the
  • the gradation of the temperatures T 2 and T 3 can be variable.
  • a possible grading could be that T 2 corresponds to a temperature of 80% to 50% of Ti; and T3 a temperature of 50% to 20% of T 2 .
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of the present invention with a workpiece 10 from which a three-dimensional object 10b is to be formed.
  • the object 10b is a B-pillar for the
  • this is achieved by heating the object 10b in a region A to a temperature Ti before forming. This is preferably done in one Induction furnace upstream of the cold forming press. If the region A should have a greater hardness and breaking strength due to its function, then it would be advantageous to subject the region A to a metallurgical microstructure transformation, for example with the aim that the region A has a martensitic structure.
  • the area B for example, has the function not to break in the crash behavior, but to deform ductile. The area B should therefore no
  • region C should have the same material properties as region A. Therefore, this area should also be heated to a temperature T3 before forming.
  • the one-piece sheet metal blank 10 is transformed into a one-piece sheet metal
  • the particularly critical transition region between regions A and B is subdivided into three temperature zones VTi, VT 2 and VT3 and thus heated zone-wise.
  • a temperature image forms, after which T 2 ⁇ VT3 ⁇ VT 2 ⁇ VTi ⁇ Ti.
  • Microstructure transition would have the advantage of exhibiting a gradual increase in fracture strength along the temperature gradient.
  • Temperature line VT 4 indicated. In an abrupt transition of temperature and so that even an abrupt transition of the structure, the temperature line VT 4 would be equal to the later predetermined breaking line.
  • the cooling required in the region A and C for the formation of the microstructure can be achieved by means of corresponding cooling devices (not shown) in the outer or inner die (not shown).

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Abstract

Vorrichtung, Anlage und Verfahren zum Umformen einer Blechplatine sowie ein hiermit hergestelltes Werkstück Vorrichtung zum Umformen einer ebenen Blechplatine (10) zu einem dreidimensionalen Gebilde mit mindestens einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen ersten Stempel (1) mit einer den Boden formenden Bodenformfläche und einer die Wand formenden Wandformfläche (2); einen, den Stempel (1) umgebenden Blechhalter (6) mit einer Stützfläche (3) zum Auflegen des Ziehrandes; eine Innenmatrize (5) mit einer Bodenformfläche (4); eine Außenmatrize (7) mit einer Wandformfläche (2) und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche (3) des Blechhalters (6), wobei die ebene Blechplatine (10) an mindestens einem lokalen Bereich (10a) auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die Umformung stattfindet. Ferner wird eine Vorrichtung vorgestellt zum Umformen eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes zu einem Werkstück mit einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen ersten Stempel (1) mit einer den Boden formenden bzw. weiterformenden Bodenformfläche und einer die Wand formenden bzw. weiterformenden Wandformfläche (2); einen, den ersten Stempel (1) umgebenden Blechhalter (6) mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes; eine Innenmatrize (5) mit einer Bodenformfläche (4); eine Außenmatrize (7) mit einer Wandformfläche (2) und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche (3) des Blechhalters (6), wobei die Innenmatrize (5) und/oder der ersten Stempel (1) mindestens einen zweiten Stempel aufweisen, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist und das dreidimensionale Gebilde (10) in mindestens einem lokalen Bereich (1a) auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die weitere Umformung stattfindet. Ein Verfahren zum Umformen einer ebenen Blechplatinen (10) oder eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes wird ebenfalls beschrieben.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM UMFORMEN EINER EBENEN BLECHPLATINE ODER EINES VORGEFORMTEN DREIDIMENSIONALEN
GEBILDES
Bei der Herstellung von Blechteilen unterschiedlicher Geometrie, beispielsweise im Automobilbau oder Anlagenbau sind dem Verformen durch mechanisches Umformen Grenzen gesetzt. Diese Grenzen werden beispielsweise durch die Werkstoffwahl, die Blechplatinendicke, oder die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks bestimmt. Insbesondere die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks können bei der Herstellung zu technischen Schwierigkeiten führen.
Aus der DE 10 2012 005 635 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um auch aus hochfesten Stählen Werkstücke herzustellen, die aufgrund der Geometrie mit herkömmlichen Verfahren nicht herzustellen wären. Hierzu weisen die Innenmatrize und die Aussenmatrize, sowie die Blechhalter jeweils unabhängige Antriebe auf, die die Matrizen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Ziehrichtung verfahren. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Matrizen wird erreicht, dass bestimmte Bereiche der Blechplatine eine bestimmten Umformung erfahren, die bei
herkömmlichen Verfahren mit gleichbleibenden Geschwindigkeiten nicht möglich sind.
Ein Nachteil des Verfahren und Vorrichtung gemäß DE 10 2012 005 635 ist, dass die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks nur über die Geometrie,
insbesondere die Blechdicke beeinflusst werden können.
Um Werkstücke unterschiedlicher lokaler Festigkeiten herzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Werkstücke unterschiedlicher Werkstoffarten entweder vor dem Umformen oder nach dem Umformen durch Fügeverfahren, beispielsweise Schweissen aneinanderzufügen.
Am Beispiel einer sog. B-Säule im Automobilbau kann dies verdeutlicht werden. Zur Steigerung der Sicherheit der Passagieren kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem Seitenaufprall die B-Säule an einem bestimmten Punkt, einer sog. Sollbruchstelle, versagt und ein kontrolliertes Verformen und damit eine vorbestimmte Energieaufnahme durch den Sollbruch erfolgt. Hierzu kann es sinnvoll sein, dass die B-Säule an einem
bestimmten Bereich eine höhere Härte aufweist und dadurch ein spröderes
Bruchverhalten zeigt. Zur Erlangung dieses technischen Effekts wird ein Blechelement mit bestimmten spröden Brucheigenschaften mit einem Blechelement mit zäheren
Brucheigenschaften nach dem Umformen mittels Tiefziehen aneinander
geschweißt. Durch das Fügen behalten die jeweiligen Blechelemente ihre jeweiligen Brucheigenschaften. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass zwei oder mehrere Blechelemente in einem weiteren Arbeitsschritt miteinander verbunden werden müssen. Dies ist technisch aufwendig und auch für die Logistik und die Wirtschaftlichkeit ein Nachteil.
Ein anderer Nachteil der DE 10 2012 005 635 ist, dass die Umformungen von hochfesten Stählen bei bestimmten Geometrien an seine Grenzen kommt. Zwar haben diese Stähle den Vorteil, dass sie extrem hohe Zugfestigkeiten aufweisen, und somit Stähle geringer Bauteilstärke verwendet werden können. Durch die Verwendung geringerer
Bauteilstärken kann zudem Gewicht eingespart werden. Hochfeste Stähle sind jedoch spröde und neigen zum Reißen. Dies tritt regelmäßig beim
Umformen an den hochbeanspruchten Übergangsbereichen auf. Das Reißen tritt insbesondere im Übergangsbereich zwischen den Bodenbereichen und Wandbereichen auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen ein einstückiges Werkstück hergestellt werden kann, das lokal unterschiedliche Festigkeiten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. 11 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen einer ebenen Blechplatine zu einem dreidimensionalen Gebilde mit mindestens einem Boden, einer Wand und einem
Ziehrand, weist die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile auf:
- einen ersten Stempel mit einer den Boden formenden Bodenformfläche und einer die Wand formenden Wandformfläche;
- einen, den Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes;
- eine Innenmatrize mit einer Bodenformfläche;
- eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters, wobei die ebene Blechplatine an mindestens einem lokalen Bereich auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die Umformung stattfindet.
Vorteilhafterweise liegt die Temperatur oberhalb von 100°C, jedoch unterhalb von 2000°C. Erfindungsgemäß liegt die Temperatur in der Nähe einer Temperatur, die für einen metallurgischen Umwandlungsprozess des Gefüges verantwortlich ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Temperatur bei oder unterhalb des AC3 Temperaturpunktes. Vorteilhafterweise weist die Innenmatrize und/oder der erste Stempel mindestens einen zweiten Stempel auf, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist.
Vorteilhafterweise sind die Innenmatrize und/oder Außenmatrize und/oder Stempel mit Kühleinrichtungen versehen.
Vorteilhafterweise wird das ebene Blech mittels eines vorgeschalteten Ofens, insbesondere eines Induktionsofens lokal erwärmt. Ebenso ist es möglich, die lokale Erwärmung über andere Vorrichtungen zu erzielen. Eine Erwärmung mittels Gasbrenner oder Presselemente, die eine bestimmte Temperatur aufweisen, ist ebenso möglich.
Erfindungswesentlich ist, dass bestimmte lokale Bereiche des zu verformenden Blechs eine bestimmte Temperatur vor der Verformung aufweisen müssen. Die Wahl der bestimmten Temperatur für die Erwärmung der lokalen Bereiche kann von verschiedenen Faktoren und Bedingungen abhängen. So kann es wesentlich für die Materialeigenschaften sein, das Blech auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der ein metallurgischer Umwandlungsprozess stattfindet oder gerade noch nicht stattfindet bzw. schon stattgefunden hat.
Ebenso ist es erfindungsgemäß, wenn die bestimmte Temperatur so gewählt wird, dass ein metallurgischer Umwandlungsprozess ausdrücklich vermieden wird. Dies ist regelmäßig bei einer Schwellentemperatur von 100°C zu erwarten. Stahlbleche der herkömmlichen Art, die für industrielle Anwendungen eingesetzt werden, durchlaufen keine metallurgische Umwandlung bei Temperaturen von ca. 100°C. Derartige
Stahlbleche durchlaufen eine metallurgische Umwandlung, beispielsweise von einem austenitischen Gefüge in ein martensitisches Gefüge bei einer Temperatur von ca. 830°C mit gezielter Abkühlung.
Bei bestimmten Stählen kann ein entscheidender Temperaturpunkt durch den AC3 Punkt bestimmt werden.
Bei der Verwendung von borlegierten Vergütungsstählen der Art 22MnB5, einem in der Automobilherstellung häufig verwendeten Karosserieblech, liegt die AC3 Temperatur bei ca. 850°C. Erfindungsgemäß kann die Temperatur so gewählt werden, dass lediglich die
mechanischen Eigenschaften, beispielsweise, die Duktilität oder Elastizität des
Stahlblechs verbessert werden soll bevor eine Verformung stattfindet. Hierzu eignet sich eine Temperatur zwischen 120°C und 280°C bei herkömmlichen Stählen. Durch die erfindungsgemäße lokale Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 120°C und 280°C wird die Elastizität und Duktilität wesentlich verbessert ohne jedoch in die
Gefügestruktur wesentlich einzugreifen. Ein Vorteil der lokalen Erwärmung gegenüber der vollständigen Erwärmung der
Blechplatine liegt darin, dass keine Kühleinrichtungen notwendig sind. Denn bei einer lokalen Erwärmung kann nach der Umformung die Wärmeenergie durch die kapazitive Kühlung der gesamten Umformeinrichtung abgeführt werden. Selbst bei einer lokalen Temperaturwahl die im Bereich des AC3 Punktes liegt, ist es grundsätzlich nicht notwendig, für kleinere lokale Bereiche, Kühleinrichtungen vorzusehen, um die
Temperatur nach der Umformung wieder abzuführen. Eine Kühleinrichtung kann jedoch erfindungsgemäß deswegen notwendig sein, um einen kontrollierten Abkühlprozess zu ermöglichen. Denn die metallurgische Umwandlung hängt auch von der Art der
Abkühlung, sowie die Abkühlungsgeschwindigkeit ab. Eine zusätzliche Kühleinrichtung kann daher vorteilhaft sein.
Wenn der lokale Bereich bzw. die lokalen Bereiche, der bzw. die umgeformt werden sollen und erfindungsgemäß auf eine bestimmte Temperatur aufgewärmt werden sollen, eine bestimmte Größe, d.h. Fläche übersteigt, dann kann es erfindungsgemäß ebenfalls sinnvoll sein, eine lokale Kühleinrichtung vorzusehen, um die Wärme gezielt bzw.
prozessstabil abzuführen.
Die lediglich lokale Erwärmung hat erfindungsgemäß den Vorteil, dass alle
Fördereinrichtungen und Sicherheitsmaßnahmen der kalten Umformung auch weiterhin verwendet werden können und keine weiteren speziellen Maßnahmen getroffen werden müssen. Insbesondere die Fördereinrichtungen werden durch die lediglich lokale
Begrenzung der Erwärmung nicht wesentlich beeinträchtigt. Werden für die Förderung der Blechplatinen von einer Fertigungsstation zur nächsten Fertigungsstation
Industrieroboter mit Saughaltern verwendet, die herkömmlich mit thermoplastischen
Dichtungen versehen sind, dann sind auch diese Saughalter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar. Denn der lokal erwärmte Bereich könnte von der Verwendung von Saughaltern ausgespart bleiben, und so ein Versagen der Saughalter vermieden werden. Bei einer vollständigen Erwärmung der Blechplatine ist die komfortable Verwendung von herkömmlichen Saughaltern indes nicht möglich. Bei der lokalen Erwärmung ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, den lokalen Bereich des zu verformenden Bleches durch die zur Verfügung stehenden Mittel so zu erwärmen, dass sowohl die Verformbarkeit als auch die Materialeigenschaften im Sinne der späteren Verwendung des Werkstücks erfolgt.
Ist es beispielsweise beabsichtigt, ein topfförmiges Federgehäuse herzustellen, dann ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, den lokalen Bereich des Bleches, aus dem das
Federgehäuse tiefgezogen werden soll auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise ca. 850°C zu erwärmen. Durch die erwähnte Induktionstechnik ist das lokale Erwärmen eines Stahlbleches von bis zu 4,0 mm Stärke ein sehr effektiver und schneller Vorgang, der nur wenige Sekunden dauert. Bedingt durch die lokale Erwärmung entsteht jedoch zu den unmittelbar angrenzenden Bereichen der Blechplatine ein sehr starkes
Temperarturgefälle von mehreren Hundert Kelvin. Diese Temperaturdifferenz könnte zu unerwünschten Schrumpfungen und Spannungen und folglich zu Verformungen, beispielsweise Auffaltungen oder Wellen führen, die die spätere Oberfläche- und
Qualitätsgüte nachteilig beeinflussen.
Dieser Nachteil kann erfindungsgemäß dadurch überwunden werden, dass die lokale Erwärmung so bemessen wird, dass es mindestens eine weitere Temperaturzone um den eigentlichen Verformungsbereich gibt. Die mindestens eine weitere Temperaturzone kann ausdrücklich eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte oder eine sechste Temperaturzone umfassen.
Wenn erfindungsgemäß der Verformungsbereich auf eine Temperatur Ti erwärmt wird, beispielsweise AC3 Temperatur von ca. 850°C, dann wird erfindungsgemäß eine zweite
Temperaturzone, beispielsweise ringförmig um den Verformungsbereich gelegt. Die Temperatur T2 der zweiten Temperaturzone kann erfindungsgemäß zwischen 50% und 80% der Temperatur Ti liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wäre Ti=830°C; 415°C < T2 < 664°C.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann es sinnvoll sein, eine weitere, dritte Temperaturzone mit einer Temperatur T3 vorzusehen, deren Temperatur zwischen 20% und 50% der Temperatur Ti liegt. Bei dieser Ausführungsvarianten wären die Temperaturverläufe Ti=830°C; 415°C < T2 < 664°C; 166°C < T3 < 415°C. Ebenso sind erfindungsgemäß andere Temperaturverläufe möglich. Insbesondere bei der
Verwendung der Induktionserwärmung ist eine präzise lokale Erwärmung möglich.
Erfindungsgemäß kann anstatt einer ebenen Blechplatine auch ein vorgeformtes dreidimensionales Gebilde in der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgeformt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes zu einem Werkstück mit einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile auf:
einen ersten Stempel mit einer den Boden formenden bzw. weiterformenden
Bodenformfläche und einer die Wand formenden bzw. weiterformenden
Wandformfläche;
einen, den ersten Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes; eine Innenmatrize mit einer Bodenformfläche; eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters, wobei die Innenmatrize und/oder der ersten Stempel mindestens einen zweiten Stempel aufweisen, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist und das dreidimensionale Gebilde in mindestens einem lokalen Bereich auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die weitere Umformung stattfindet.
Durch den erfindungsgemäßen mindestens zweiten Stempel wird erreicht, dass gerade bei geometriekritischen Verformungen, die unter herkömmlichen Bedingungen zu einem Reißen der Blechhaut führen würde, der mindestens zweite Stempel eine weitere Verformung möglich macht, insbesondere, wenn der Bereich des Bleches, der verformt werden soll durch eine lokale Erwärmung kurzeitig neue Materialeigenschaften erhält. Bei einer Erwärmung in einen Temperaturbereich in dem eine metallurgische Umwandlung stattfindet, können mittels des mindestens zweiten Stempels
Umformungen des Bleches erzielt werden, die mit nur einem Stempel entweder nicht möglich wären oder zu Komplikationen bei der Umformung bzw. der
Umformgeschwindigkeit führen würden.
Die mindestens zwei Stempel können ausdrücklich, drei, vier, fünf, sechs oder sieben Stempel umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Werkstück hergestellt, das in drei Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften unterteilt werden kann. In einem ersten Bereich wird ein metallurgisches Gefüge, beispielsweise Martensit gewünscht, um eine bestimmte Bruchdehnung zu erzielen. In einem zweiten Bereich wird ein metallurgisches Gefüge, beispielsweise Ferrit-Perlit gewünscht, um eine bestimmte, andere
Bruchdehnung zu erzielen, und in einem dritten Bereich wird ebenfalls das
metallurgische Gefüge Martensit gewünscht.
Ausgangsmaterial für das einstückige Werkstück ist eine Blechplatine aus borlegiertem Vergütungsstahl, beispielsweise 22MnB5. Erfindungsgemäß wird der Blechbereich, der den ersten Bereich des Werkstückes bilden wird in einem Erwärmvorrichtung, beispielsweise einem Induktionsofen auf eine Temperatur von ca. 850°C erhitzt. Der Blechbereich, der den zweiten Bereich des Werkstückes bilden wird, wird nicht erwärmt, und der dritte Bereich des Werkstückes wird ebenfalls auf eine Temperatur von ca. 850°C erhitzt.
Da der zweite Bereich keine erhöhte Arbeitstemperatur aufweist, eignet sich dieser Bereich für die Fördertechnik, beispielsweise mittels Saughaltern.
Nach dem Erwärmen der Blechplatine, bzw. des ersten und dritten Bereichs auf eine Temperatur von ca. 850°C liegt ein austenitisches Gefüge im ersten und dritten Bereich vor und die Umformung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann erfolgen. Im zweiten Bereich liegt immer noch das ursprüngliche Gefüge, beispielsweise Ferrit-Perlit vor. In den Grenzbereichen wird durch die unterschiedlichen Temperaturen ein
Mischgefüge vorliegen. Unmittelbar nach dem Schliessen des Werkzeugs setzt auch die Abkühlung des Werkstücks ein. Die Abkühlung und somit die Umwandlungsgeschwindigkeit des metallurgischen Gefüges im ersten und dritten Bereich wird über eine Kühleinrichtungen gesteuert, die in dem Werkzeug, beispielsweise der inneren oder äußeren Matrize oder dem Stempel angeordnet ist. Als Kühleinrichtungen eignen sich Rohre, in denen Kühlmittel fließt. Ein mögliches
Kühlmittel kann Wasser oder Öl sein. Sowohl die Dimensionierung der
Kühlmittelfördereinrichtungen als auch die Fließgeschwindigkeit beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit, die für die Umwandlungsgeschwindigkeit und metallurgische Umwandlungsgüte verantwortlich ist.
Nach der Umformung und Abkühlung wird das Werkzeug geöffnet und das umgeformte Werkstück entnommen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zusätzliche Stempel in den inneren und/oder äußeren Matrizen angeordnet, die getrennt von einander angesteuert werden können und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten,
Umformungen vornehmen können.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die
Außenmatrize auch Teile der Bodenumformfläche (siehe Figuren 1 bis 4). Es ist auch möglich, dass sie Außenmatrize auch die gesamte (Negativ-) Form des Bauteils umfasst, unterbrochen durch etwaige Aussparungen für die innere(n) Matrize(n). Ebenso ist es erfindungsgemäß denkbar, dass Kühleinrichtungen in der Außenmatrize angeordnet sind, die ein prozessstabiles Abkühlen des Werkstücks ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umformen einer ebenen Blechplatine oder eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen Stempel mit einer einen Boden formenden
Bodenformfläche und einer die Wand formenden Wandformfläche; einen den Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes; eine
Innenmatrize mit einer Bodenformfläche; eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters; mit den folgenden Schritten: in die geöffnete
Ziehvorrichtung wird eine ebene Blechplatine oder ein vorgeformtes dreidimensionales Gebilde in die Ziehvorrichtung eingelegt; während einer ersten Umformungsphase werden die Innenmatrize und die Außenmatrize sowie der Blechhalter zusammen mit der eingespannten Platine beziehungsweise mit dem eingespannten vorgeformten Werkstück in Ziehrichtung bewegt; wobei die Blechplatine bzw. das vorgeformte dreidimensionale Gebilde in mindestens einem lokalen Bereich des Stempels und/oder der inneren und/oder äußeren Matrize eine Temperatur oberhalb von 100°C oder 200°C oder 300°C oder 400°C oder 500°C oder 600°C oder 700°C oder 800°C aufweist.
Vorteilhafterweise sind die Bewegungsgeschwindigkeiten der Innenmatrize einerseits sowie der Außenmatrize mit Blechhalter wenigstens während einer gewissen Zeitspanne des Ziehvorganges ungleich groß.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines ersten Zustands;
Figur 2: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines zweiten Zustands;
Figur 3: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines dritten Zustands;
Figur 4: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mit Kühleinrichtungen; Figur 5: eine schematische Draufsicht auf eine Blechplatine mit Verformungsbereich und erfindungsgemäßen Temperaturlinien;
Figur 6: eine schematische Draufsicht auf eine Blechplatine mit Verformungsbereich und erfindungsgemäßen Temperaturbereichen.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines ersten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) in einer Kaltumformpresse eingespannt worden ist. Das Werkstück 10 ist über den Blechhalter 6 und die Stützflächen 3 fest und definiert in der Kaltumformpresse positioniert. Die äußere Matrix 7 weist eine innere Matrix 5 auf, an der eine Bodenformfläche 4 angeordnet ist. Die Bodenformfläche 4 und die Wandformflächen 2 am Stempel 1 sind in gewisser Weise sich ergänzende Formen, die auf den beiden Seiten der Blechplatine bzw. des Werkstücks 10 die Umformungen vornehmen. Das im seitlichen Schnitt schematisch dargestellte Werkstück 10 weist eine Vorverformung auf, die als Ausbuchtung dargestellt ist. In dieser Ausbuchtung des Werkstücks 10 ist ein lokaler Bereich angeordnet, der für die weitere Verformung erwärmt bzw. so stark erhitzt wird, dass eine metallurgische Umwandlung stattfindet (siehe Figur 5). Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines zweiten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) in einer Kaltumformpresse eingespannt worden ist. Gegenüber dem ersten Zustand gemäß Figur 1 ist die Vorrichtung gemäß Figur 2 insofern etwas geschlossener als die äußere Matrize 7 zusammen mit dem Blechhalter 6 und der inneren Matrize 5 sich in Richtung Stempel 1 bewegt hat. Über die Oberluftbolzen 8 ist die innere Matrize 5 beweglich in der äußeren Matrize 7 gelagert und in der Lage, eine separate Bewegung, unabhängig von der äußeren Matrize 7 durchzuführen. Die Ausbuchtung im Werkstück 10 mit der lokalen Erwärmung erfährt in diesem zweiten Zustand noch keine weitere Verformung.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines dritten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) vollständig verformt worden ist. Die Ausbuchtung im Werkstück 10, die als Materialreservoir für die Formgebung des Werkstücks diente, ist vollständig aufgebraucht. Das Materialreservoir führte dazu, dass ein Reißen an den Rändern vermieden worden ist. Ein Reißen kommt regelmäßig dann vor, wenn die Zugkräfte im verformenden Werkstück zu groß werden und ein "Nachfließen" des Werkstoffs nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wurde der Bereich der Ausbuchtung des Werkstück 10 vor dem Bestücken der
Kaltumformvorrichtung lokal erwärmt bzw. erhitzt, wobei die Temperatur der
Ausbuchtung von der Art der weiteren Verwendung des Werkstücks 10 abhängt.
Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass ein lokaler Bereich des Werkstücks 10 auf eine Temperatur von mindestens 100°C erwärmt wird. Abhängig von den
Materialeigenschaften des Werkstücks 10 und des Grades der Verformung und des Wunsches nach Änderung der Materialeigenschaften, beispielsweise höhere lokale Festigkeitswerte, kann die Aufwärmtemperatur gewählt werden.
Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung der Figuren 1 bis 3 jedoch mit
Kühleinrichtungen 11 in der inneren Matrize 5 und Kühleinrichtungen 12 in dem Stempel 1. Durch die Verwendung von Kühleinrichtungen 11 bzw. 12 wird das Abkühlen des verformten Werkstücks 10 prozessstabil gewährleistet. Da das Ausbilden eines metallurgischen Gefüges insbesondere von der Art und Geschwindigkeit des Abkühlens abhängt, sind Kühleinrichtungen 11 bzw. 12 immer dann von erfinderischer Bedeutung, wenn die Aufwärmtemperatur so hoch ist, dass eine metallurgische Gefügeumwandlung zu erwarten ist bzw. angestrebt wird. Die Dimensionierung der Kühleinrichtungen 11 bzw. 12, sowie die Art der Kühlmittelflüssigkeit bestimmt ebenfalls die Kühlleistung. Als Kühlmittel eignet sich Wasser oder Öle, die eine hohe Wärmeleistung aufnehmen können. Die Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) können gleichermaßen in der äußeren Matrize 7 oder dem Blechhalter 6 angeordnet sein, sofern die erfindungsgemäßen Umformungen dort vorgenommen werden.
Figur 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Werkstück 10 mit einem zu verformenden Bereich 10a. Um den Bereich 10a herum sind Temperaturlinien Ti, T2 und T3 in gestrichelter Linienführung gezeigt. Diese Temperaturlinien sind als Iso-Temperaturlinien zu verstehen, d.h. Temperaturlinien mit gleichen Temperaturen. Erfindungsgemäß wird der Bereich innerhalb der Temperaturlinie Ti auf eine Temperatur aufgewärmt oder erhitzt, die für die Verformung des Bereichs 10a wünschenswert bzw. notwendig ist. Wird erfindungsgemäß eine gute Verformbarkeit gewünscht unter Vermeidung eines
Reißens des Werkstücks 10, insbesondere an den Rändern des Bereichs 10a, ist eine Temperatur Ti von ca. 100°C bis 300°C sinnvoll. Eine weitere Temperaturzone bzw. Temperaturzonen sind bei dieser Vorgabe nicht notwendig. Ebenso ist eine
Kühleinrichtung nicht notwendig.
Wird erfindungsgemäß eine lokale Festigkeit oder lokale Materialeigenschaft gewünscht, die über eine metallurgische Gefügeumwandlung zu erzielen ist, ist es erfindungsgemäß sinnvoll, eine Temperatur Ti von ca. 800°C bis 1000°C zu wählen. Aufgrund der hohen lokalen Temperatur von Ti ist es sinnvoll, weitere Temperaturbereiche T2 und T3 vorzusehen, die ein stufenweises Anpassen der Temperaturzonen bis zur
Arbeitstemperatur des restlichen Werkstücks 10 ermöglichen. Die Abstufung der Temperaturen T2 und T3 kann variabel erfolgen. Eine mögliche Abstufung könnte sein, dass T2 einer Temperatur von 80% bis 50% von Ti entspricht; und T3 einer Temperatur von 50% bis 20% von T2.
Figur 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Werkstück 10 aus dem ein dreidimensionales Objekt 10b geformt werden soll. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Objekt 10b eine B-Säule für den
Kraftfahrzeugbau. Wie eingangs anhand des Standes der Technik geläutert, ist es für die Funktion einer B-Säule wünschenswert, wenn bestimmte Bereich der B-Säule im Falle eines Frontal- oder Seitenaufpralls ein bestimmtes Verhalten, ein sog. Crash-Verhalten zeigen. Dabei ist es wünschenswert, wenn bestimmte Zonen der B-Säule eine bestimmte Härte und Bruchfestigkeit haben und andere Zonen eine andere Härte und
Bruchfestigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Objekt 10b vor der Umformung in einem Bereich A auf eine Temperatur Ti erhitzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies in einem Induktionsofen, der örtlich der Kaltumformpresse vorgelagert ist. Wenn der Bereich A aufgrund seiner Funktion einen größere Härte und Bruchfestigkeit aufweisen soll, dann wäre es vorteilhaft, den Bereich A einer metallurgischen Gefügeumwandlung zu unterziehen, beispielsweise mit dem Ziel, dass der Bereich A ein martensitisches Gefüge aufweist. Der Bereich B hat beispielsweise die Funktion im Crash-Verhalten nicht zu brechen, sondern sich duktil zu verformen. Der Bereich B sollte daher kein
martensitisches Gefüge aufweisen, sondern gegebenenfalls aus Ferrit-Perlit bestehen. Um dieses Gefüge, das dem Anlieferungszustand vor der Erwärmung entspricht, beizubehalten, ist es wesentlich, dass der Bereich B nicht über eine Temperatur von 800°C bei einem borlegiertem Vergütungsstahl (z.B. 22MnB5) erwärmt wird. Der Bereich
C sollte die gleichen Materialeigenschaften wie der Bereich A aufweisen. Daher ist auch dieser Bereich auf eine Temperatur T3 vor der Umformung zu erhitzen.
Im Anschluss an die lokale Erwärmung in den Bereichen A und C wird die Umformung vorgenommen und abgeschlossen. Mit der Umformung aller Bereiche A, B und C und anschließender Abkühlung wird die einstückige Blechplatine 10 in eine einstückige B-
Säule umgeformt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der besonders kritische Übergangsbereich zwischen Bereich A und B in drei Temperaturzonen VTi, VT2 und VT3 unterteilt und so zonenweise erhitzt. Durch das stufenweise Erhitzen bildet sich ein Temperaturbild aus, wonach T2 < VT3 < VT2 < VTi < Ti. Bei einer Arbeitstemperatur von T2 = ca. 60°- 80°C und einer Wandlungstemperatur Ti = ca. 830°C könnten die Übergangstemperaturen VTi = 250°C, VT2= 500°C und VT3= 700°C sein. Durch diese erfindungsgemäße Abstufung der Temperatur ist es möglich, einen fließenden
Gefügeübergang zwischen dem Bereich B und A zu erzeugen. Dieser fließende
Gefügeübergang hätte den Vorteil, dass ein gradueller Anstieg der Bruchfestigkeit entlang des Temperaturgradienten zu verzeichnen ist.
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, einen abrupten Temperaturübergang vorzusehen. Dies wird in Figur 6 zwischen dem Bereich B und C durch die
Temperaturlinie VT4 angegeben. Bei einem abrupten Übergang der Temperatur und damit auch einem abrupten Übergang des Gefüges würde die Temperaturlinie VT4 späteren Sollbruchlinie gleichkommen.
Die für die Ausbildung des Gefüges Martensit notwendige Abkühlung im Bereich A und C kann über entsprechende Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) in der äußeren oder inneren Matrize (nicht dargestellt) erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Stempel
2 Wandformfläche
3 Stützfläche
4 Bodenformfläche
5 Innere Matrize (Innenmatrize)
6 Blechhalter
7 Äußere Matrize (Außenmatrize) 10 Werkstück (Blechplatine)
10 a, b Objekt, lokaler Bereich
11, 12 Kühleinrichtung

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Umformen einer ebenen Blechplatine (10) zu einem dreidimensionalen Gebilde mit mindestens einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile:
einen ersten Stempel (1) mit einer den Boden formenden Bodenformfläche (4) und einer die Wand formenden Wandformfläche (2);
einen, den Stempel (1) umgebenden Blechhalter (6) mit einer Stützfläche (3) zum Auflegen des Ziehrandes;
eine Innenmatrize (5) mit einer Bodenformfläche (4);
eine Außenmatrize (7) mit einer Wandformfläche (2) und einer
Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche (3) des Blechhalters (6), dadurch gekennzeichnet,
dass die ebene Blechplatine (10) an mindestens einem lokalen Bereich (10a) auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die Umformung stattfindet.
2. Vorrichtung zum Umformen eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes zu einem Werkstück (10) mit einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile:
einen ersten Stempel (1) mit einer den Boden formenden bzw.
weiterformenden Bodenformfläche (4) und einer die Wand formenden bzw.
weiterformenden Wandformfläche (2);
einen, den ersten Stempel (1) umgebenden Blechhalter (6) mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes;
eine Innenmatrize (5) mit einer Bodenformfläche (4);
eine Außenmatrize (7) mit einer Wandformfläche (2) und einer
Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche (3) des Blechhalters (6), dadurch gekennzeichnet,
dass die Innenmatrize (5) und/oder der ersten Stempel (1) mindestens einen zweiten Stempel aufweisen, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist und das dreidimensionale Gebilde (10) in mindestens einem lokalen Bereich (10a) auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die weitere Umformung
stattfindet.
3. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmatrize (5) und/oder der ersten Stempel (1) mindestens einen zweiten Stempel aufweisen, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist.
4. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmatrize (5) und/oder Außenmatrize (7) und/oder Stempel (1) mit Kühleinrichtungen (11,12) versehen ist/sind.
5. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Temperatur oberhalb von 100°C, jedoch unterhalb von 2000°C liegt.
6. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Temperatur so gewählt wird, dass entweder ein metallurgischer Umwandlungsprozess vermieden wird oder ein metallurgischer Umwandlungsprozess gerade stattfindet oder ein metallurgischer Umwandlungsprozess schon stattgefunden hat.
7. Vorrichtung zum Umformen mit Merkmalen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Blech mittels eines
vorgeschalteten Ofens, insbesondere eines Induktionsofens lokal erhitzt wird.
8. Vorrichtung zum Umformen mit Merkmalen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung mittels der
Kühleinrichtungen gesteuert wird.
9. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung aus Rohren besteht, in denen Kühlmittel fließt.
10. Vorrichtung zum Umformen mit den Merkmalen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Temperaturzonen um den lokalen Bereich (10a) angeordnet sind.
11. Verfahren zum Umformen einer ebenen Blechplatine (10) oder eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen Stempel (1) mit einer einen Boden formenden Bodenformfläche (4) und einer die Wand formenden Wandformfläche (2); einen den Stempel (1) umgebenden Blechhalter (6) mit einer Stützfläche (3) zum Auflegen des Ziehrandes; eine Innenmatrize (5) mit einer Bodenformfläche (4); eine Außenmatrize (7) mit einer Wandformfläche (2) und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche (3) des Blechhalters (6); mit den folgenden Schritten: in die geöffnete Ziehvorrichtung wird eine ebene Blechplatine (10) oder ein vorgeformtes dreidimensionales Gebilde in die
Ziehvorrichtung eingelegt; während einer ersten Umformungsphase werden die Innenmatrize (5) und die Außenmatrize (7) sowie der Blechhalter (6) zusammen mit der eingespannten Platine (10) beziehungsweise mit dem eingespannten
vorgeformten Werkstück in Ziehrichtung bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine (10) bzw. das vorgeformte dreidimensionale Gebilde in dem Bereich des Stempels (1) eine Temperatur oberhalb von 100°C aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewärmte Bereich nach der Verformung abgekühlt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bewegungsgeschwindigkeiten der Innenmatrize (5) einerseits sowie der
Außenmatrize (7) mit Blechhalter (6) sind wenigstens während einer gewissen Zeitspanne des Ziehvorganges ungleich groß.
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