WO2024068320A1 - Device for curing sheet metal components - Google Patents

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WO2024068320A1
WO2024068320A1 PCT/EP2023/075565 EP2023075565W WO2024068320A1 WO 2024068320 A1 WO2024068320 A1 WO 2024068320A1 EP 2023075565 W EP2023075565 W EP 2023075565W WO 2024068320 A1 WO2024068320 A1 WO 2024068320A1
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WO
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component
base plate
pressure
coolant
hardened
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PCT/EP2023/075565
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Inventor
Eberhard Wüst
Qiping ZHAO
Thomas Block
Original Assignee
WILLE TECH Germany GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025—Supports; Baskets; Containers; Covers
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    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling

Definitions

  • the invention relates to a device for hardening sheet metal components. These can be formed or non-formed hardenable sheets, such as those required in vehicle construction, but also in other areas.
  • the device is particularly suitable for hardening formed components, but flat blanks or unformed components can also be hardened with the device.
  • CN 113249 553 A describes a method for quenching steel workpieces.
  • a fluid blowing process is used to apply a cooling medium directly to the surface of the steel workpiece heated to at least the austenitization temperature and to cool it to a temperature of 250-450 ° C within a control time.
  • the liquid cooling medium is brought into direct contact with the surface of the steel workpiece so that the workpiece temperature falls below 80°C within a control time of 6 to 20 seconds.
  • DD 242 428 Al describes a device for hardening sheet metal in a quenching bath using press plates to prevent distortion.
  • a flow is generated in a quenching medium using displacement devices connected to the movable press plates and applied to the edge areas of the workpiece to be hardened. , whereby an increased quenching effect is achieved.
  • the displacement device is arranged on the side of the press plates facing away from the workpiece and consists of an enclosed, circular sector-shaped space.
  • the press plates can be pivoted against each other about axes of rotation.
  • a device for distortion-free hardening of thin sheets is known from DD 201154 Al.
  • the device has an upper and a lower hardening plate and uses a circulating hardening agent.
  • the hardening plates are arranged inclined relative to the horizontal plane, with the hardening agent supply being arranged at the lower end of the hardening plates and the hardening agent drain being arranged at the upper end of the hardening plates.
  • DE 890804 B describes a device and a method for quenching metals, sheets and strips that have been brought to hardening temperature using quenching liquids or gases.
  • the quenching liquids or gases are divided into individual streams that have different temperatures across the width of the strip or sheet.
  • the strip or sheet that has been brought to hardening temperature is only indirectly brought into contact with the quenching liquid or gas in a quenching zone, and passes through a heat barrier before entering the tempering zone.
  • Hardening of sheets of different widths is described.
  • This includes an upper frame, which has guide and drive mer roller sets and a casing around the rollers, which defines a space for the quenching liquid.
  • Retractable deflection plates are arranged on both sides of the longitudinal axis of the device, transverse to the direction of passage of the sheets.
  • EP 0857 544 A2 shows a holding device for workpieces with a clamping jaw which has a large number of clamping pins which are circular in cross-section, aligned parallel to one another, laterally adjacent to one another and can be moved individually in their main direction of extension, a frame which laterally surrounds the clamping pins and a fixing device for fixing the clamping pins relative to the frame by means of a lateral fixing force.
  • An open pressure chamber is provided on the rear side of the clamping pins facing away from the workpiece. Pressure medium can escape from the pressure chamber onto the respective workpiece through free spaces between the clamping pins.
  • the holding device described is not suitable for fixing glowing sheet metal parts, as the clamping pins adapt to the component and would therefore lead to uncontrolled deformation of the component. This device is also unsuitable for hardening components, as elements for a uniform and rapid supply of a coolant cannot be easily integrated.
  • the tempering unit has a tempering body which is arranged in a furnace chamber.
  • the tempering body has a plurality of receiving holes and a plurality of tempering pins, wherein the tempering pins are mounted in the receiving holes so as to be movable relative to the tempering body.
  • the tempering pins are controllable so that a Tempering group of the tempering pins can be extended from the tempering body in the direction of the circuit board. Hardening of metallic workpieces is not possible with the tempering unit, as a component cannot be fixed in the unit.
  • DE 102016 110 677 A1 also describes a tempering device for components, in particular for wheel rims.
  • the device has a housing in which an at least partially closed tempering chamber is formed.
  • a control unit is configured to control a first nozzle group and a second nozzle group independently of one another in such a way that a first tempering medium with a first tempering characteristic and a second tempering medium with a second tempering characteristic flows onto the component (150).
  • the component is not fixed during tempering.
  • the device is therefore not suitable for hardening sheet metal components, as these would distort during tempering.
  • DE 102009 004 125 A1 describes a device for pressurizing fixing workpieces to be thermally treated.
  • the device comprises a support device on which at least one workpiece rests during a hardening or cooling process.
  • the support device provides support positions in only one horizontal plane and a hold-down device arranged above the support positions, which has a plurality of hold-down tools that have hold-down ends directed in the direction of the support positions.
  • the hold-down tools are each arranged to be individually vertically movable and can be pressurized so that in a loading or unloading state of the device between each hold-down end and the support Positions define a free space that is completely closed during operation, in such a way that each hold-down end rests either on a support position or on a workpiece to be thermally treated.
  • the device is unsuitable for hardening sheet metal components, since no defined fixation of the components is possible and this would lead to dimensional deviations during hardening.
  • the starting material is sheet metal, preferably alloyed manganese-boron steels such as 22MnB5, 22MnB8 or others.
  • the sheets can be coated without a coating, with a zinc layer or with an aluminum-silicon layer to prevent scaling and to provide corrosion protection.
  • the hot forming methods commonly used can be divided into two groups.
  • direct hot forming a molded blank is heated in an oven, then the heated molded blank is formed and hardened in a press using cooled tools; then scale and oxide layers are removed by sandblasting and finally the parts are trimmed, preferably using laser cutting systems.
  • indirect hot forming molded parts are first produced in a press and then heated in an oven; This is followed by form hardening in a press using cooled tools and finally scale and oxide layers are removed by sandblasting. In both processes, the components are hardened in a press using cooled tools. This makes the tools expensive and the process time-consuming.
  • one object of the invention can be seen in providing an improved device for hardening sheet metal components, which can be easily adapted to different components and does not require expensive, cooled pressing or forming tools. Hardening should be possible in a relatively short time and while maintaining the desired shape and dimensional stability of the components, so that post-processing of the components is no longer necessary.
  • the device according to the invention is suitable for hardening sheet metal components and is adapted in size, stability and material to the components to be hardened.
  • the device comprises a base plate and a head plate, which are connected to one another at a variable distance via guide elements.
  • the two plates or the device formed by them can therefore assume an open and a closed state.
  • In the open state when the device is used, a single or several components to be hardened are placed between the base plate and the head plate in an adjustable component space.
  • the component can already be heated to the austenitizing temperature or, in alternative embodiments, can also be heated to this temperature within the device.
  • the device comprises suitable heating elements, for example integrated heating wires.
  • the device also comprises at least one drive for changing the distance between the base plate and the head plate.
  • the drive can be formed, for example, by integrated electric motors, pneumatic or hydraulic cylinders or by external force generation units.
  • numerous pairs of pressure pieces are provided in the device, each of which is formed from a base plate pressure piece and a head plate pressure piece.
  • the two pressure pieces of each pair are mounted axially opposite one another on the base plate or the head plate, so that the mutually directed ends of the pressure pieces are essentially aligned.
  • At least one pressure piece, preferably both pressure pieces of each pressure piece pair each have an axially displaceable, fixable pressure stamp, so that the axial distance between the mutually directed ends of the pressure pieces of a pressure piece pair is variable and definable.
  • the pressure pieces are attached to the base or top plate in such a way that the component to be hardened is positioned and clamped between the mutually facing ends of the pressure pieces when it is inserted into the device.
  • the individual pairs of pressure pieces are adapted to the shape of the component to be hardened, so that the pressure stamps facing each other rest against the component in order to keep it in shape during the further hardening process and to prevent the component from warping at numerous clamping points.
  • the pressure pieces are adapted to the shape of the respective component, in particular by adjusting the respective distance between the ends of the pressure pieces belonging to a pressure piece pair and shifting it to the desired plane and fixing it there.
  • the device can thus be easily and quickly adapted to different components by adjusting the pressure piece pairs.
  • the device can thus be configured for hardening different components and thus replaces expensive cooled pressing tools that can only be used for a specific component.
  • the device also has numerous coolant nozzles located outside the component space, with each coolant nozzle allowing a coolant to be introduced into the component space through an associated recess either in the base plate or in the head plate. This serves to cool the component to be hardened that is inserted into the component space.
  • the base plate and the head plate therefore have numerous recesses to enable the supply of coolant.
  • the coolant nozzles are connected to a coolant system and can be supplied with coolant together or alternatively individually or in groups.
  • the coolant nozzles are not arranged in the component space itself, they do not hinder the positioning and fixing of the component during the hardening process in any way, so that on the one hand a special variability of the device results and on the other hand the supply of coolant to all areas of the component is guaranteed.
  • the coolant nozzles are preferably positioned in such a way that coolant can be applied to the entire surface of the component to be hardened via them. This ensures that all areas of the component can be cooled simultaneously and evenly during hardening.
  • a key advantage of the device is that it enables the hardening of two- or three-dimensionally formed sheet metal parts, which normally tend to undergo major dimensional and shape changes when exposed to rapid temperature changes, outside of cooled pressing tools (hot forming tools).
  • the hardening process is thus significantly cheaper. This is achieved in the first place.
  • This is achieved by the inventive combination of numerous, adjustable pressure piece pairs (clamping points) and the simultaneous integration of numerous coolant nozzles at a defined distance from the sheet metal surface to be cooled. This means that a wide variety of sheet metal components with different material thicknesses can be heat-treated reliably using one and the same device.
  • a water-air mist, water, an emulsion or another medium suitable for hardening the components is used as the coolant.
  • the temperature and volume of the coolant supplied to the component via the coolant nozzles are particularly preferably adjustable so that the component is cooled from the austenitization temperature (starting temperature) to a target temperature of approximately 150°C within a period of less than 20 seconds, preferably less than 15 seconds, in particular within 12 seconds or even less.
  • the coolant nozzles and the recesses on or in the base plate and the top plate are arranged so that the component to be hardened can be wetted by the coolant over its entire surface at least from one side.
  • the coolant nozzles can preferably be attached to the base or top plate via spacers.
  • Both pressure pieces of each pressure piece pair each have an axially movable pressure stamp.
  • the pressure stamps are positioned relative to both the base and the Head plate axially adjustable in distance, which means that they can be adapted very individually to the shape of the component to be hardened.
  • the component to be hardened is thus clamped between the pressure stamps on both sides, so that the specified shape is kept stable at many bearing points, even if material stresses occur during the hardening process.
  • the axially movable pressure stamps are preferably adjustable manually or independently of one another via pressure piece drives.
  • the pressure piece drives can be activated electrically, hydraulically or mechanically, for example.
  • the pressure stamps can be axially moved via a thread or by means of exchangeable spacers. After the axial adjustment of the pressure stamps has been carried out, they are fixed again so that they do not adjust themselves during the hardening process.
  • the axially movable pressure stamps are particularly preferably conical in shape, preferably made of a ceramic material or have a ceramic coating in order to show little adhesion to the surface of the component to be hardened.
  • the pressure stamps can also be made of steel or composite materials.
  • a preferred embodiment is characterized in that the drive for changing the distance between the base plate and the top plate is a mechanical, pneumatic, hydraulic or electric drive.
  • the drive for changing the distance between the base plate and the top plate is a mechanical, pneumatic, hydraulic or electric drive.
  • transmission gears can be used or the drive is coupled to the plates without a gear.
  • the drive and the number of pressure piece pairs are coordinated so that in the closed Condition on each pressure piece a contact pressure of at least
  • FIG. 1 shows a simplified sectional view of an embodiment of a device according to the invention for hardening sheet metal components
  • Fig. 2 is a detailed drawing of the device according to Fig. 1;
  • Fig. 3 is a perspective view of the device according to Fig. 1.
  • FIG. 1 and 2 show a device according to the invention for hardening sheet metal components, each in a side sectional view, with FIG. 2 showing a section of the device enlarged.
  • the device comprises a base plate 01 and a head plate 02, which are connected to one another in a variable distance via guide elements (not shown). By changing the distance, the plates can be transferred from an open to a closed state.
  • An adjustable component space 03 remains between the base plate 01 and the top plate 02, into which one (or more) component 04 to be hardened can be inserted.
  • a drive (not shown) is provided to change the distance between the base plate 01 and the top plate 02.
  • both pressure pieces of the pressure piece pair 06 each have an axially displaceable pressure stamp 07 at their mutually facing ends, so that the axial distance between the pressure stamps is variable.
  • the distance between the pressure stamps is set at the respective location depending on the thickness of the component 04.
  • the position of the component gap remaining between the opposing pressure stamps in relation to the base and head plate is adapted to the shape of the component.
  • the device also has numerous coolant nozzles 08 through which a coolant can be applied.
  • the coolant nozzles 08 are each attached to the base plate 01 or the head plate 02 at an axial distance from the plate, with adjacent coolant nozzles 08 being spaced apart from one another in such a way that the emerging coolant can reach essentially all surface areas of the component 04 to be hardened. So that the coolant can be applied to the component 04, recesses 09 are provided in the base plate 01 and in the head plate 02, with the coolant nozzles 08 each being assigned to such a recess 09.
  • the component 04 to be hardened later is first cold formed in a conventional press. After the forming process, the component 04 is heated in an oven to over 900°C, for example. The components can also be heated using other methods or even within the device according to the invention. Once the heating process is complete, the component is placed in the device. For this purpose, there are base and head plate in the open state. The pressure piece pairs 06 were previously adapted to the shape of the component 04 to be hardened. The deposited component 04 is now clamped in the device by moving the base and head plates into the closed state, ie moving them towards each other. In the closed state, the pressure stamps 07 are thus in contact with the component 04 at numerous positions. Within a few seconds, the component 04 is then cooled down evenly to e.g. 150°C by supplying the coolant. This increases the hardness/strength of the component.
  • the coolant nozzles 08 can be opened at a different time, so that a controlled application of coolant to the component via the coolant nozzles 08 is possible. This can also contribute to reducing or compensating for the material stresses in component 04.
  • Fig. 3 shows the device again in a perspective view. It can be seen that for flat components 04, numerous pressure piece pairs 06 are attached to the base plate 01 or head plate 02 and numerous coolant nozzles 08 are provided.
  • Rust- and acid-resistant materials are particularly suitable as materials for all components of the device in order to keep wear and tear to a minimum.
  • a suitable coating that prevents corrosion of the base material can also be used.
  • a ceramic compound is preferable, as this results in less heat dissipation from the component 04 to be hardened.
  • the contact surface of the printing stamp must be made as small as possible (at certain points).
  • a preferred contact force of at least 10 N can be expected.
  • the pressure pieces are designed to be axially adjustable in the direction of the component. This can be done with a thread or by using spacers.
  • the pressure pieces 06a, 06b preferably have a length of approximately 40 mm, so that the component surface can still be easily reached by the coolant.
  • the central distance between adjacent pressure pieces is preferably not more than 50 mm. This distance from the edge of the component is preferably chosen to be no greater than 5 mm. So that the coolant can reach the component to be hardened unhindered, the remaining webs between adjacent recesses in the base and top plates are preferably not wider than 15 mm. The pressure pieces 06 are attached to these webs.
  • robust guide elements are selected. These are preferably designed to be wear-resistant and corrosion-resistant.
  • the device can be closed and opened, for example, by driving the head plate 02 on one side if the base plate 01 is designed to be fixed to the frame. Reverse or double-sided drive can also take place.
  • the size of the fixture depends on the component size and the number of components to be hardened simultaneously. Scaling the fixture size is therefore easy.

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Abstract

The invention relates to a device for curing sheet metal components. The device comprises a base plate (01) and a head plate (02), which are connected to one another, via guide elements, such that the distance between them can be changed, in order that an open and a closed state can be adopted. Between the base plate (01) and the head plate (02), an adjustable component space (03) remains, in which a component (04) to be cured can be inserted. A drive is provided to change the distance between the base plate (01) and head plate (02). Numerous pressure piece pairs (06), each consisting of a base plate pressure piece (06a) and a head plate pressure piece (06b), are attached, axially oppositely, to the base plate (01) and head plate (02), respectively. At least one pressure piece of each pressure piece pair has an axially displacable pressure piston (07) and therefore the axial distance between the ends of the pressure pieces of a pressure piece pair directed towards one another can be changed. Numerous coolant nozzles (08) are provided, via which a coolant can be introduced into the component chamber (03) through an allocated recess (09) in the base plate (01) or in the head plate (02) in order to cool the component (04) to be cured.

Description

Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen Device for hardening sheet metal components
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten von Blech- bauteilen. Dabei kann es sich um umgeformte oder nicht umge- formte härtbare Bleche handeln, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau aber auch in anderen Bereichen benötigt werden. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zum Härten geformter Bauteile aber auch flache Platinen oder ungeformte Bauteile können mit der Vorrichtung gehärtet werden. The invention relates to a device for hardening sheet metal components. These can be formed or non-formed hardenable sheets, such as those required in vehicle construction, but also in other areas. The device is particularly suitable for hardening formed components, but flat blanks or unformed components can also be hardened with the device.
Um Blechbauteile zu härten, werden diese im Regelfall auf über 900°C erwärmt, insbesondere bis zur jeweiligen Austenitisie- rungstemperatur, und dann - vorzugsweises unter zwangsweiser Aufrechterhaltung der gewünschten Form - mit Hilfe eines Kühl- mittels schockartig abgekühlt. In order to harden sheet metal components, they are usually heated to over 900°C, in particular to the respective austenitizing temperature, and then - preferably while forcibly maintaining the desired shape - shock-cooled with the aid of a coolant.
In der CN 113249 553 A ist ein Verfahren zum Abschrecken von Stahlwerkstücken beschrieben. In einem ersten Schritt wird ein Fluid-Blasverfahren verwendet, um ein Kühlmedium direkt auf der Oberfläche des auf mindestens die Austenitisierungs- temperatur erhitzten Stahlwerkstücks aufzubringen und es innerhalb einer Kontrollzeit auf eine Temperatur von 250-450°C abzukühlen. Im zweiten Schritt wird das flüssige Kühlmedium direkt mit der Oberfläche des Stahlwerkstücks in Berührung gebracht, so dass die Werkstücktemperatur innerhalb einer Regelzeit von 6 bis 20 Sekunden unter 80°C fällt. CN 113249 553 A describes a method for quenching steel workpieces. In a first step, a fluid blowing process is used to apply a cooling medium directly to the surface of the steel workpiece heated to at least the austenitization temperature and to cool it to a temperature of 250-450 ° C within a control time. In the second step, the liquid cooling medium is brought into direct contact with the surface of the steel workpiece so that the workpiece temperature falls below 80°C within a control time of 6 to 20 seconds.
Die DD 242 428 Al beschreibt eine Vorrichtung zum Härten von Blechen in einem Abschreckbad unter Verwendung von Press- platten zur Verhinderung des Verzuges. Dazu wird mittels Verdrängungseinrichtungen, die mit den beweglichen Press- platten verbunden sind, in einem Abschreckmedium eine Strömung erzeugt und auf Randbereiche des zu härtenden Werkstücks geleitet, wodurch eine erhöhte Abschreckwirkung erreicht werden soll. Die Verdrängungseinrichtung ist auf der dem Werk- stück abgewandten Seite an den Pressplatten angeordnet und besteht aus einem umschlossenen, kreissektorförmigen Raum. Die Pressplatten sind um Drehachsen gegeneinander schwenkbar. DD 242 428 Al describes a device for hardening sheet metal in a quenching bath using press plates to prevent distortion. For this purpose, a flow is generated in a quenching medium using displacement devices connected to the movable press plates and applied to the edge areas of the workpiece to be hardened. , whereby an increased quenching effect is achieved. The displacement device is arranged on the side of the press plates facing away from the workpiece and consists of an enclosed, circular sector-shaped space. The press plates can be pivoted against each other about axes of rotation.
Aus der DD 201154 Al ist eine Vorrichtung zum verzugsfreien Härten von Feinblechen bekannt. Die Vorrichtung besitzt eine obere und eine untere Härteplatte und verwendet ein im Kreis- lauf geführtes Härtemittel. Die Härteplatten sind gegenüber der waagerechten Ebene geneigt angeordnet, wobei am unteren Ende der Härteplatten die Härtemittelzuführung und am oberen Ende der Härteplatten der Härtemittelabfluss angeordnet sind. In den Härteplatten verlaufen rillenartige Vertiefungen, in denen das Härtemittel beidseitig des Bleches geführt wird, wobei die Vertiefungen so angeordnet sind, dass jeweils einer Vertiefung an der einen Härteplatte ein Steg an der gegenüber- liegenden Härteplatte gegenübersteht.• A device for distortion-free hardening of thin sheets is known from DD 201154 Al. The device has an upper and a lower hardening plate and uses a circulating hardening agent. The hardening plates are arranged inclined relative to the horizontal plane, with the hardening agent supply being arranged at the lower end of the hardening plates and the hardening agent drain being arranged at the upper end of the hardening plates. There are groove-like recesses in the hardening plates, in which the hardening agent is guided on both sides of the sheet, the recesses being arranged in such a way that a recess on one hardening plate is opposite a web on the opposite hardening plate.•
Die DE 890804 B beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschrecken von auf Härtetemperatur gebrachten Metallen, Blechen und Bändern unter Verwendung von Abschreckflüssig- keiten oder Gasen. Die Abschreckflüssigkeiten oder die Gase werden in einzelne Ströme unterteilt, die über die Breite des Bandes oder Bleches verschiedene Temperaturen haben. Das auf Härtetemperatur gebrachte Band oder Blech wird in einer Abschreckzone nur mittelbar mit der Abschreckflüssigkeit oder dem Gas in Berührung gebracht, wobei dasselbe vor Eintritt in die Anlasszone eine Wärmesperre durchläuft. DE 890804 B describes a device and a method for quenching metals, sheets and strips that have been brought to hardening temperature using quenching liquids or gases. The quenching liquids or gases are divided into individual streams that have different temperatures across the width of the strip or sheet. The strip or sheet that has been brought to hardening temperature is only indirectly brought into contact with the quenching liquid or gas in a quenching zone, and passes through a heat barrier before entering the tempering zone.
In der DE 2856 392 C3 ist eine Abschreckvorrichtung zumDE 2856 392 C3 describes a quenching device for
Härten von Blechen unterschiedlicher Breite beschrieben. Diese umfasst einen oberen Rahmen, der jeweils Führungs- und Mitneh- merwalzensätze sowie eine Ummantelung um die Walzen herum trägt und der einen Raum für die Abschreckflüssigkeit abgrenzt. Auf beiden Seiten der Längsachse der Vorrichtung sind quer zur Durchlaufrichtung der Bleche einziehbare Umlenk- bleche angeordnet. Hardening of sheets of different widths is described. This includes an upper frame, which has guide and drive mer roller sets and a casing around the rollers, which defines a space for the quenching liquid. Retractable deflection plates are arranged on both sides of the longitudinal axis of the device, transverse to the direction of passage of the sheets.
Die EP 0857 544 A2 zeigt eine Haltevorrichtung für Werkstücke mit einem Spannbacken, der eine Vielzahl von im Querschnitt kreisförmigen, parallel zueinander ausgerichteten, seitlich aneinander anliegenden und in ihrer Haupterstreckungsrichtung einzeln verschiebbaren Spannstiften, einen die Spannstifte seitlich umgreifenden Rahmen und eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Spannstifte gegenüber dem Rahmen durch eine seit- liche Fixierkraft aufweist. An der dem Werkstück abgewandten Rückseite der Spannstifte ist ein offener Druckraum vorgese- hen. Durch Freiräume zwischen den Spannstiften kann Druck- medium aus dem Druckraum auf das jeweilige Werkstück hin aus- treten. Die beschriebene Haltevorricht5ung eignet sich nicht für die Fixierung von glühenden Blechteilen, da die Spann- stifte sich dem Bauteil anpassen, und somit zu einer unkon- trollierten Deformierung des Bauteiles führen würden. Für das Härten von Bauteilen ist diese Vorrichtung ebenfalls ungeeig- net, da Elemente für eine gleichmäßige und schnelle Zufuhr eines Kühlmittels nicht ohne weiteres integrierbar sind. EP 0857 544 A2 shows a holding device for workpieces with a clamping jaw which has a large number of clamping pins which are circular in cross-section, aligned parallel to one another, laterally adjacent to one another and can be moved individually in their main direction of extension, a frame which laterally surrounds the clamping pins and a fixing device for fixing the clamping pins relative to the frame by means of a lateral fixing force. An open pressure chamber is provided on the rear side of the clamping pins facing away from the workpiece. Pressure medium can escape from the pressure chamber onto the respective workpiece through free spaces between the clamping pins. The holding device described is not suitable for fixing glowing sheet metal parts, as the clamping pins adapt to the component and would therefore lead to uncontrolled deformation of the component. This device is also unsuitable for hardening components, as elements for a uniform and rapid supply of a coolant cannot be easily integrated.
Aus der DE 102017 128574 B3 ist eine Temperiereinheit für eine Ofenvorrichtung zum Wärmebehandeln einer Platine bekannt. Die Temperiereinheit weist einen Temperierkörper auf, welcher in einem Ofenraum der angeordnet ist. Der Temperierkörper weist eine Vielzahl von Aufnahmebohrungen und eine Vielzahl von Temperierstiften auf, wobei die Temperierstifte relativ zu dem Temperierkörper beweglich in den Aufnahmebohrungen gela- gert sind. Die Temperierstifte sind steuerbar, sodass eine Temperiergruppe der Temperierstifte aus dem Temperierkörper in Richtung der Platine ausfahrbar ist. Ein Härten von metalli- schen Werkstücken ist mit der Temperiereinheit nicht möglich, da ein Bauteil nicht in der Einheit fixierbar ist. From DE 102017 128574 B3 a tempering unit for a furnace device for heat treating a circuit board is known. The tempering unit has a tempering body which is arranged in a furnace chamber. The tempering body has a plurality of receiving holes and a plurality of tempering pins, wherein the tempering pins are mounted in the receiving holes so as to be movable relative to the tempering body. The tempering pins are controllable so that a Tempering group of the tempering pins can be extended from the tempering body in the direction of the circuit board. Hardening of metallic workpieces is not possible with the tempering unit, as a component cannot be fixed in the unit.
Die DE 102016 110 677 Al beschreibt ebenfalls eine Temperier- vorrichtung für Bauteile, insbesondere für Radfelgen. Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse, in welchem eine zumindest teilgeschlossene Temperierkammer ausgebildet ist. Außerdem ist eine Düsenmatrix vorhanden mit zahlreichen Düsen, durch die ein Temperiermedium auf das Bauteil strömt. Eine Steuereinheit ist konfiguriert, um eine erste Düsengruppe und eine zweite Düsengruppe unabhängig voneinander derart zu steuern, dass ein erstes Temperiermedium mit einer ersten Temperiercharakteris- tik und ein zweites Temperiermedium mit einer zweiten Tempe- riercharakteristik auf das Bauteil (150) strömt. Das Bauteil wird während der Temperierung nicht fixiert. Die Vorrichtung eignet sich daher nicht zum Härten von Blechbauteilen, da sich diese während der Temperierung verzerren würden. DE 102016 110 677 A1 also describes a tempering device for components, in particular for wheel rims. The device has a housing in which an at least partially closed tempering chamber is formed. In addition, there is a nozzle matrix with numerous nozzles through which a tempering medium flows onto the component. A control unit is configured to control a first nozzle group and a second nozzle group independently of one another in such a way that a first tempering medium with a first tempering characteristic and a second tempering medium with a second tempering characteristic flows onto the component (150). The component is not fixed during tempering. The device is therefore not suitable for hardening sheet metal components, as these would distort during tempering.
Die DE 102009 004 125 Al beschreibt eine Vorrichtung zum druckbeaufschlagenden Fixieren thermisch zu behandelnder Werk- stücke. Die Vorrichtung umfasst eine Auflageeinrichtung, auf welcher während eines Härte- oder Abkühlprozesses wenigstens ein Werkstück aufliegt. Die Auflageeinrichtung stellt Auflage- positionen in lediglich einer horizontalen Ebene bereit und eine oberhalb der Auflagepositionen angeordnete Niederhaltungs- einrichtung, welche eine Vielzahl von Niederhaltungswerkzeugen besitzt, die in Richtung der Auflagepositionen gerichtete Niederhaltungsenden besitzen. Die Niederhaltungswerkzeuge sind jeweils einzeln vertikal beweglich angeordnet und mit Druck beaufschlagbar, sodass in einem Lade- oder Entladezustand der Vorrichtung zwischen jedem Niederhaltungsende und den Auflage- Positionen ein Freiraum definiert ist, der im Betrieb voll- ständig geschlossen ist, und zwar derart, dass jedes Nieder- haltungsende entweder an einer Auflageposition oder an einem thermisch zu behandelnden Werkstück anliegt. Es zeigt sich jedoch, dass die Vorrichtung für das Härten von Blechbauteilen ungeeignet ist, da keine definierte Fixierung der Bauteole möglich ist und es somit zu maßlichen Abweichungen während des Härtens kommen würde. DE 102009 004 125 A1 describes a device for pressurizing fixing workpieces to be thermally treated. The device comprises a support device on which at least one workpiece rests during a hardening or cooling process. The support device provides support positions in only one horizontal plane and a hold-down device arranged above the support positions, which has a plurality of hold-down tools that have hold-down ends directed in the direction of the support positions. The hold-down tools are each arranged to be individually vertically movable and can be pressurized so that in a loading or unloading state of the device between each hold-down end and the support Positions define a free space that is completely closed during operation, in such a way that each hold-down end rests either on a support position or on a workpiece to be thermally treated. However, it turns out that the device is unsuitable for hardening sheet metal components, since no defined fixation of the components is possible and this would lead to dimensional deviations during hardening.
Umform- und Härtetechniken werden in der Technik schon lange Zeit angewendet, wobei sich die grundsätzliche Vorgehensweise in den letzten Jahrzehnten kaum verändert hat. Das Ausgangs- material ist Blech, bevorzugt legierte Mangan-Borstähle wie 22MnB5, 22MnB8 oder andere. Diese Stähle zeichnen sich u.a. dadurch aus, dass eine Steigerung der Festigkeit über einen Wärmebehandlungsprozess möglich ist. Die Bleche können ohne Beschichtung, mit einer Zinkschicht oder einer Aluminium- Silizium-Schicht überzogen sein, um ein Verzundern zu verhin- dern und Korrosionsschutz zu erreichen. Die üblicherweise angewendete Warmumformung kann in zwei Gruppen unterteilt werden. Bei der direkten Warmumformung erfolgt das Erwärmen einer Formplatine im Ofen, dann die Umformung und das Härten der erwärmten Formplatine in einer Presse mittels gekühlter Werkzeuge; nachfolgend werden Zunder- und Oxidschichten durch Sandstrahlen entfernt und abschließend folgt das Beschneiden, bevorzugt mittels Laserschneidanlagen. Bei der indirekten Warmumformung werden zunächst Formteile in einer Presse gefer- tigt und nachfolgend im Ofen erwärmt; es folgt das Formhärten in einer Presse mittels gekühlter Werkzeuge und abschließend werden Zunder- und Oxidschichten durch Sandstrahlen entfernt. Bei beiden Verfahren werden die Bauteile in einer Presse mit- hilfe gekühlter Werkzeuge gehärtet. Dies macht die Werkzeuge teuer und den Prozess zeitintensiv. Eine Aufgabe der Erfindung kann ausgehend vom Stand der Tech- nik gemäß der DE 102009 004 125 Al darin gesehen werden, eine verbesserte Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen bereit- zustellen, welche einfach an verschiedene Bauteile anpassbar ist und auf teure, gekühlte Press- bzw. Umformwerkzeuge verzichtet. Das Härten soll dabei in vergleichsweise kurzer Zeit und unter Aufrechterhaltung der gewünschten Form und Maß- haltigkeit der Bauteile möglich sein, sodass eine Nach- bearbeitung der Bauteile nicht mehr notwendig ist. Forming and hardening techniques have been used in technology for a long time, although the basic procedure has hardly changed in recent decades. The starting material is sheet metal, preferably alloyed manganese-boron steels such as 22MnB5, 22MnB8 or others. One of the features of these steels is that their strength can be increased using a heat treatment process. The sheets can be coated without a coating, with a zinc layer or with an aluminum-silicon layer to prevent scaling and to provide corrosion protection. The hot forming methods commonly used can be divided into two groups. In direct hot forming, a molded blank is heated in an oven, then the heated molded blank is formed and hardened in a press using cooled tools; then scale and oxide layers are removed by sandblasting and finally the parts are trimmed, preferably using laser cutting systems. In indirect hot forming, molded parts are first produced in a press and then heated in an oven; This is followed by form hardening in a press using cooled tools and finally scale and oxide layers are removed by sandblasting. In both processes, the components are hardened in a press using cooled tools. This makes the tools expensive and the process time-consuming. Based on the state of the art according to DE 102009 004 125 A1, one object of the invention can be seen in providing an improved device for hardening sheet metal components, which can be easily adapted to different components and does not require expensive, cooled pressing or forming tools. Hardening should be possible in a relatively short time and while maintaining the desired shape and dimensional stability of the components, so that post-processing of the components is no longer necessary.
Diese und weitere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen gemäß dem beigefügten Anspruch 1 erfüllt. These and other tasks are achieved by a device for hardening sheet metal components according to the appended claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Härten von Blechbauteilen und ist in Größe, Stabilität und Material an die zu härtenden Bauteile angepasst. Die Vorrichtung umfasst eine Grundplatte und eine Kopfplatte, die zueinander abstands- veränderlich über Führungselemente verbunden sind. Somit können die beiden Platten bzw. die durch sie gebildete Vorrichtung einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand einnehmen. Im geöffneten Zustand werden bei der Benutzung der Vorrichtung ein einzelnes oder auch mehrere zu härtende Bauteile zwischen die Grundplatte und die Kopfplatte in einen einstellbaren Bauteilraum eingelegt. Das Bauteil kann dabei bereits auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt sein oder in alternativen Ausführungsformen auch innerhalb der Vorrich- tung auf diese Temperatur erwärmt werden. Im letztgenannten Fall umfasst die Vorrichtung geeignete Heizelemente, beispielsweise integrierte Heizdrähte. Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens einen Antrieb zur Veränderung des Abstands zwischen Grundplatte und Kopfplatte. Der Antrieb kann beispielsweise durch integrierte elektrische Motoren, pneumatische oder hydraulische Zylinder oder durch externe Krafterzeugungseinheiten gebildet sein. The device according to the invention is suitable for hardening sheet metal components and is adapted in size, stability and material to the components to be hardened. The device comprises a base plate and a head plate, which are connected to one another at a variable distance via guide elements. The two plates or the device formed by them can therefore assume an open and a closed state. In the open state, when the device is used, a single or several components to be hardened are placed between the base plate and the head plate in an adjustable component space. The component can already be heated to the austenitizing temperature or, in alternative embodiments, can also be heated to this temperature within the device. In the latter case, the device comprises suitable heating elements, for example integrated heating wires. The device also comprises at least one drive for changing the distance between the base plate and the head plate. The drive can be formed, for example, by integrated electric motors, pneumatic or hydraulic cylinders or by external force generation units.
Darüber hinaus sind in der Vorrichtung zahlreiche Druckstück- paare vorgesehen, die jeweils aus einem Grundplattendruckstück und einem Kopfplattendruckstück gebildet sind. Die beiden Druckstücke jedes Paars sind axial gegenüberliegend an der Grundplatte bzw. der Kopfplatte angebracht, sodass sich die zueinander gerichteten Enden der Druckstücke im Wesentlichen fluchtend gegenüberstehen. Mindestens ein Druckstück, vorzugs- weise beide Druckstücke jedes Druckstückpaares besitzen je einen axial verschiebbaren, festlegbaren Druckstempel, sodass der axiale Abstand zwischen den zueinander gerichteten Enden der Druckstücke eines Druckstückpaares veränderlich und fest- legbar ist. Die Druckstücke sind so an Grund- oder Kopfplatte angebracht, dass das zu härtende Bauteil zwischen den zueinan- der gerichteten Enden der Druckstücke positioniert und festge- spannt ist, wenn es in die Vorrichtung eingelegt wird. Die einzelnen Druckstückpaare werden an die Form des jeweils zu härtenden Bauteils angepasst, sodass die zueinander gerichte- ten Druckstempel jeweils am Bauteil anliegen, um dieses im weiteren Härteprozess in Form zu halten und ein Verziehen des Bauteils an zahlreichen Spannpunkten zu verhindern. Die Druck- stücke werden an die Form des jeweiligen Bauteils angepasst, insbesondere indem der jeweilige Abstand zwischen den Enden der zu einem Druckstückpaar gehörenden Druckstücke eingestellt und in die gewünschte Ebene verlagert sowie dort fixiert wird. In addition, numerous pairs of pressure pieces are provided in the device, each of which is formed from a base plate pressure piece and a head plate pressure piece. The two pressure pieces of each pair are mounted axially opposite one another on the base plate or the head plate, so that the mutually directed ends of the pressure pieces are essentially aligned. At least one pressure piece, preferably both pressure pieces of each pressure piece pair, each have an axially displaceable, fixable pressure stamp, so that the axial distance between the mutually directed ends of the pressure pieces of a pressure piece pair is variable and definable. The pressure pieces are attached to the base or top plate in such a way that the component to be hardened is positioned and clamped between the mutually facing ends of the pressure pieces when it is inserted into the device. The individual pairs of pressure pieces are adapted to the shape of the component to be hardened, so that the pressure stamps facing each other rest against the component in order to keep it in shape during the further hardening process and to prevent the component from warping at numerous clamping points. The pressure pieces are adapted to the shape of the respective component, in particular by adjusting the respective distance between the ends of the pressure pieces belonging to a pressure piece pair and shifting it to the desired plane and fixing it there.
Die Vorrichtung kann somit durch Einstellung der Druckstück- paare einfach und schnell an unterschiedliche Bauteile ange- passt werden. Die Vorrichtung ist auf diese Weise für das Härten unterschiedlicher Bauteile konfigurierbar und ersetzt somit teure gekühlte Presswerkzeuge, die immer nur für ein spezifisches Bauteil nutzbar sind. The device can thus be easily and quickly adapted to different components by adjusting the pressure piece pairs. The device can thus be configured for hardening different components and thus replaces expensive cooled pressing tools that can only be used for a specific component.
Die Vorrichtung besitzt außerdem zahlreiche Kühlmitteldüsen, die sich außerhalb des Bauteilraums befinden, wobei über jede Kühlmitteldüse ein Kühlmittel durch eine zugeordnete Ausspa- rung entweder in der Grundplatte oder in der Kopfplatte in den Bauteilraum einleitbar ist. Dies dient der Kühlung des in den Bauteilraum eingesetzten, zu härtenden Bauteils. Somit weisen die Grund- und die Kopfplatte zahlreiche Aussparungen auf, um die Zufuhr des Kühlmittels zu ermöglichen. Die Kühlmitteldüsen sind an ein Kühlmittelsystem angeschlossen und können gemein- sam oder alternativ auch einzeln bzw. in Gruppen mit Kühlmit- tel versorgt werden. Da die Kühlmitteldüsen nicht im Bauteil- raum selbst angeordnet sind, behindern sie in keiner Weise die Positionierung und Fixierung des Bauteils während des Härteprozesses, sodass einerseits eine besondere Variabilität der Vorrichtung resultiert und andererseits die Zufuhr von Kühlmittel zu allen Bereichen des Bauteils gewährleistet ist. Die Kühlmitteldüsen sind bevorzugt derart positioniert, dass über sie Kühlmittel auf der gesamten Fläche des zu härtenden Bauteils aufgebracht werden kann. Damit wird gewährleistet, dass beim Härten alle Bereiche des Bauteils gleichzeitig und gleichmäßig gekühlt werden können. The device also has numerous coolant nozzles located outside the component space, with each coolant nozzle allowing a coolant to be introduced into the component space through an associated recess either in the base plate or in the head plate. This serves to cool the component to be hardened that is inserted into the component space. The base plate and the head plate therefore have numerous recesses to enable the supply of coolant. The coolant nozzles are connected to a coolant system and can be supplied with coolant together or alternatively individually or in groups. Since the coolant nozzles are not arranged in the component space itself, they do not hinder the positioning and fixing of the component during the hardening process in any way, so that on the one hand a special variability of the device results and on the other hand the supply of coolant to all areas of the component is guaranteed. The coolant nozzles are preferably positioned in such a way that coolant can be applied to the entire surface of the component to be hardened via them. This ensures that all areas of the component can be cooled simultaneously and evenly during hardening.
Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass sie das Härten von zwei- oder dreidimensional geformten Blech- teilen, die bei schnellen Temperaturwechseln normalerweise zu starken Maß- und Formänderungen neigen, außerhalb gekühlter Presswerkzeuge (Warmformwerkzeuge) ermöglicht. Der Härtevor- gang wird damit deutlich preiswerter. Erreicht wird dies erst- mals durch die erfindungsgemäße Kombination von zahlreichen, einstellbaren Druckstückpaaren (Spannpunkte) und die gleich- zeitige Integration zahlreicher Kühlmitteldüsen in einem defi- nierten Abstand zu der zu kühlenden Blechoberfläche. Dadurch können mit ein und derselben Vorrichtung unterschiedlichste Blechbauteile mit unterschiedlichen Materialdicken prozess- sicher wärmebehandelt werden. A key advantage of the device is that it enables the hardening of two- or three-dimensionally formed sheet metal parts, which normally tend to undergo major dimensional and shape changes when exposed to rapid temperature changes, outside of cooled pressing tools (hot forming tools). The hardening process is thus significantly cheaper. This is achieved in the first place. This is achieved by the inventive combination of numerous, adjustable pressure piece pairs (clamping points) and the simultaneous integration of numerous coolant nozzles at a defined distance from the sheet metal surface to be cooled. This means that a wide variety of sheet metal components with different material thicknesses can be heat-treated reliably using one and the same device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kommt als Kühlmittel ein Wasser-Luft Nebel, Wasser, eine Emulsion oder ein anderes für das Härten der Bauteile geeignetes Medium zum Einsatz. Besonders bevorzugt sind Temperatur und Volumen des über die Kühlmitteldüsen an das Bauteil gelieferten Kühlmittels so einstellbar, dass eine Abkühlung des Bauteils von der Auste- nitisierungstemperatur (Starttemperatur) auf eine Ziel- temperatur von ca. 150°C binnen einer Zeitspanne von weniger als 20 Sekunden, bevorzugt weniger als 15 Sekunden, insbeson- dere binnen 12 Sekunden oder noch weniger erreicht wird. According to a preferred embodiment, a water-air mist, water, an emulsion or another medium suitable for hardening the components is used as the coolant. The temperature and volume of the coolant supplied to the component via the coolant nozzles are particularly preferably adjustable so that the component is cooled from the austenitization temperature (starting temperature) to a target temperature of approximately 150°C within a period of less than 20 seconds, preferably less than 15 seconds, in particular within 12 seconds or even less.
Vorzugsweise sind die Kühlmitteldüsen und die Aussparungen an bzw. in der Grundplatte und der Kopfplatte so angeordnet, dass das zu härtende Bauteil über seine gesamte Fläche mindestens von einer Seite durch das Kühlmittel benetzbar ist. Besonders bevorzugt befinden sich sowohl in der Grundplatte als auch in der Kopfplatte zahlreiche Aussparungen, durch welche die Kühl- mitteldüsen das Kühlmittel einsprühen, sodass das Bauteil von beiden Seiten mit dem Kühlmittel benetzt wird. Die Kühlmittel- düsen können vorzugsweise über Abstandhalter an der Grund- bzw. Kopfplatte angebracht sein. Preferably, the coolant nozzles and the recesses on or in the base plate and the top plate are arranged so that the component to be hardened can be wetted by the coolant over its entire surface at least from one side. Particularly preferably, there are numerous recesses in both the base plate and the top plate through which the coolant nozzles spray the coolant so that the component is wetted with the coolant from both sides. The coolant nozzles can preferably be attached to the base or top plate via spacers.
Beide Druckstücke jedes Druckstückpaares besitzen jeweils einen axial verschiebbaren Druckstempel. Auf diese Weise sind die Druckstempel sowohl gegenüber der Grund- als auch der Kopfplatte axial abstandsveränderlich, wodurch sie sehr indi- viduell an die Form des zu härtenden Bauteils anpassbar sind. Das zu härtende Bauteil wird somit beidseitig zwischen den Druckstempeln eingespannt, sodass die vorgegebene Form an vielen Lagerpunkten stabil gehalten wird, auch wenn während des Härtevorgangs Materialspannungen auftreten. Both pressure pieces of each pressure piece pair each have an axially movable pressure stamp. In this way, the pressure stamps are positioned relative to both the base and the Head plate axially adjustable in distance, which means that they can be adapted very individually to the shape of the component to be hardened. The component to be hardened is thus clamped between the pressure stamps on both sides, so that the specified shape is kept stable at many bearing points, even if material stresses occur during the hardening process.
Die axial verschiebbaren Druckstempel sind vorzugsweise manu- ell oder über Druckstückantriebe unabhängig voneinander einstellbar. Die Druckstückantriebe können beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder mechanisch aktivierbar sein. Insbesondere sind die Druckstempel über ein Gewinde oder durch austauschbare Distanzstücke axial verschiebbar. Nachdem die axiale Einstellung der Druckstempel vorgenommen wurde, sind diese wieder fixiert, sodass sie sich während des Härteprozes- ses nicht selbsttätig verstellen. Die axial verschiebbaren Druckstempel sind besonders bevorzugt kegelförmig gestaltet, bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material oder besitzen eine keramische Beschichtung, um geringe Anhaftung an der Oberfläche des zu härtenden Bauteils zu zeigen. Bei alter- nativen Ausführungsformen können die Druckstempel auch aus Stahl oder Verbundmaterialien bestehen. The axially movable pressure stamps are preferably adjustable manually or independently of one another via pressure piece drives. The pressure piece drives can be activated electrically, hydraulically or mechanically, for example. In particular, the pressure stamps can be axially moved via a thread or by means of exchangeable spacers. After the axial adjustment of the pressure stamps has been carried out, they are fixed again so that they do not adjust themselves during the hardening process. The axially movable pressure stamps are particularly preferably conical in shape, preferably made of a ceramic material or have a ceramic coating in order to show little adhesion to the surface of the component to be hardened. In alternative embodiments, the pressure stamps can also be made of steel or composite materials.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Antrieb zur Veränderung des Abstands zwischen der Grundplatte und der Kopfplatte ein mechanischer, pneumati- scher, hydraulischer oder elektrischer Antrieb ist. Generell können Übersetzungsgetriebe zur Anwendung kommen oder der Antrieb wird getriebefrei an die Platten angekoppelt. A preferred embodiment is characterized in that the drive for changing the distance between the base plate and the top plate is a mechanical, pneumatic, hydraulic or electric drive. In general, transmission gears can be used or the drive is coupled to the plates without a gear.
Besonders bevorzugt sind der Antrieb und die Anzahl der Druck- stückpaare so aufeinander abgestimmt, dass im geschlossen Zustand an jedem Druckstück eine Anpresskraft von mindestensParticularly preferably, the drive and the number of pressure piece pairs are coordinated so that in the closed Condition on each pressure piece a contact pressure of at least
10 N auf das zu härtende Bauteil einwirkt. 10 N is applied to the component to be hardened.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus- führungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Further advantages and details of the invention result from the following description of a preferred embodiment, with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen; 1 shows a simplified sectional view of an embodiment of a device according to the invention for hardening sheet metal components;
Fig. 2 eine Detailzeichnung der Vorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 2 is a detailed drawing of the device according to Fig. 1;
Fig. 3 eine Perspektivansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a perspective view of the device according to Fig. 1.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen jeweils in einer seitlichen Schnitt- ansicht, wobei Fig. 2 einen Abschnitt der Vorrichtung vergrö- ßert darstellt. Die Vorrichtung umfasst eine Grundplatte 01 und eine Kopfplatte 02, die über Führungselemente (nicht gezeigt) zueinander abstandsveränderlich verbunden sind. Durch die Abstandsänderung können die Platten von einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt werden. Zwischen der Grundplatte 01 und der Kopfplatte 02 verbleibt somit ein einstellbarer Bauteilraum 03, in den ein (oder mehrere) zu härtendes Bauteil 04 einsetzbar ist. Für die Veränderung des Abstands zwischen der Grundplatte 01 und der Kopfplatte 02 ist ein Antrieb vorgesehen (nicht gezeigt). 1 and 2 show a device according to the invention for hardening sheet metal components, each in a side sectional view, with FIG. 2 showing a section of the device enlarged. The device comprises a base plate 01 and a head plate 02, which are connected to one another in a variable distance via guide elements (not shown). By changing the distance, the plates can be transferred from an open to a closed state. An adjustable component space 03 remains between the base plate 01 and the top plate 02, into which one (or more) component 04 to be hardened can be inserted. A drive (not shown) is provided to change the distance between the base plate 01 and the top plate 02.
Zwischen der Grundplatte 01 und der Kopfplatte 02 sind zahl- reiche Druckstückpaare 06 positioniert, jeweils bestehend aus einem Grundplattendruckstück 06a und einem Kopfplattendruck- stück 06b. Das Grundplattendruckstück 06a ist an der Grund- platte 01 befestigt. Das Kopfplattendruckstück 06b liegt dem Grundplattendruckstück 06a axial fluchtend gegenüberliegend und ist an der Kopfplatte 02 angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen beide Druckstücke des Druckstück- paares 06 an ihren zueinander gerichteten Enden jeweils einen axial verschiebbaren Druckstempel 07, sodass der axiale Abstand zwischen den Druckstempeln veränderlich ist. Der Abstand zwischen den Druckstempeln wird abhängig von der Dicke des Bauteils 04 am jeweiligen Ort eingestellt. Die Lage des zwischen den gegenüberliegenden Druckstempeln verbleibenden Bauteilspalts in Bezug auf die Grund- und Kopfplatte wird an die Form des Bauteils angepasst. Between the base plate 01 and the head plate 02, numerous pressure piece pairs 06 are positioned, each consisting of a base plate pressure piece 06a and a head plate pressure piece 06b. The base plate pressure piece 06a is attached to the base plate 01. The head plate pressure piece 06b is located on the Base plate pressure piece 06a is axially aligned opposite and is attached to the head plate 02. In the embodiment shown, both pressure pieces of the pressure piece pair 06 each have an axially displaceable pressure stamp 07 at their mutually facing ends, so that the axial distance between the pressure stamps is variable. The distance between the pressure stamps is set at the respective location depending on the thickness of the component 04. The position of the component gap remaining between the opposing pressure stamps in relation to the base and head plate is adapted to the shape of the component.
Weiterhin besitzt die Vorrichtung zahlreiche Kühlmitteldüsen 08, über welche ein Kühlmittel ausbringbar ist. Die Kühl- mitteldüsen 08 sind an der Grundplatte 01 oder der Kopfplatte 02 jeweils mit einem axialen Abstand von der Platte befestigt, wobei benachbarte Kühlmitteldüsen 08 zueinander einen Abstand aufweisen, der so bestimmt, ist, dass das austretende Kühl- mittel im wesentlichen alle Oberflächenbereiche der zu härten- den Bauteils 04 erreichen kann. Damit das Kühlmittel auf das Bauteil 04 aufbringbar ist, sind Aussparung 09 in der Grund- platte 01 und in der Kopfplatte 02 angebracht, wobei die Kühl- mitteldüsen 08 jeweils einer solchen Aussparung 09 zugeordnet sind. The device also has numerous coolant nozzles 08 through which a coolant can be applied. The coolant nozzles 08 are each attached to the base plate 01 or the head plate 02 at an axial distance from the plate, with adjacent coolant nozzles 08 being spaced apart from one another in such a way that the emerging coolant can reach essentially all surface areas of the component 04 to be hardened. So that the coolant can be applied to the component 04, recesses 09 are provided in the base plate 01 and in the head plate 02, with the coolant nozzles 08 each being assigned to such a recess 09.
Vor dem eigentlichen Härteprozesses wird das später zu härten- de Bauteil 04 zunächst herkömmlich in einer Presse kalt umge- formt. Nach dem Umformungsprozess wird das Bauteil 04 beispielsweise in einem Ofen auf über 900°C erwärmt. Die Erwärmung der Bauteile kann auch über andere Verfahren oder sogar innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen. Ist der Erwärmungsprozess abgeschlossen, wird das Bauteil in der Vorrichtung abgelegt. Dazu befinden sich Grund- und Kopf- platte im geöffneten Zustand. Zuvor wurden die Druckstückpaare 06 an die Form des zu härtenden Bauteils 04 angepasst. Das abgelegte Bauteil 04 wird nun in der Vorrichtung gespannt, indem die Grund- und Kopfplatte in den geschlossenen Zustand überführt, d. h. aufeinander zu bewegt werden. Im geschlosse- nen Zustand liegen die Druckstempel 07 somit an zahlreichen Position des Bauteils 04 an diesem an. Innerhalb weniger Sekunden wird das Bauteil 04 dann durch Zufuhr des Kühlmittels gleichverteilt auf z. B. 150°C heruntergekühlt. Dadurch wird die Härte/Festigkeit des Bauteils gesteigert. Before the actual hardening process, the component 04 to be hardened later is first cold formed in a conventional press. After the forming process, the component 04 is heated in an oven to over 900°C, for example. The components can also be heated using other methods or even within the device according to the invention. Once the heating process is complete, the component is placed in the device. For this purpose, there are base and head plate in the open state. The pressure piece pairs 06 were previously adapted to the shape of the component 04 to be hardened. The deposited component 04 is now clamped in the device by moving the base and head plates into the closed state, ie moving them towards each other. In the closed state, the pressure stamps 07 are thus in contact with the component 04 at numerous positions. Within a few seconds, the component 04 is then cooled down evenly to e.g. 150°C by supplying the coolant. This increases the hardness/strength of the component.
Durch die unterschiedliche Spannungsverteilungen im Bauteil käme es bei einer freien Abkühlung zum Verzug des Bauteils. Die beim Abkühlen auftretenden Materialspannungen werden durch die Druckstückpaare aufgenommen und kompensiert. Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform können die Kühlmitteldüsen 08 zeitlich versetzt geöffnet werden, sodass eine gesteuerte Beaufschlagung des Bauteils mit Kühlmittel über die Kühl- mitteldüsen 08 möglich ist. Dies kann ebenfalls zur Reduktion bzw. Kompensation der Materialspannungen im Bauteil 04 beitragen . Due to the different stress distributions in the component, the component would warp if it cooled freely. The material stresses that occur during cooling are absorbed and compensated for by the pairs of pressure pieces. According to a further developed embodiment, the coolant nozzles 08 can be opened at a different time, so that a controlled application of coolant to the component via the coolant nozzles 08 is possible. This can also contribute to reducing or compensating for the material stresses in component 04.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung nochmals in einer perspekti- vischen Ansicht. Es ist ersichtlich, dass für flächige Bautei- le 04 zahlreiche Druckstückpaare 06 an der Grundplatte 01 bzw. Kopfplatte 02 angebracht sind und zahlreiche Kühlmitteldüsen 08 vorgesehen sind. Fig. 3 shows the device again in a perspective view. It can be seen that for flat components 04, numerous pressure piece pairs 06 are attached to the base plate 01 or head plate 02 and numerous coolant nozzles 08 are provided.
Als Material für sämtliche Bestandteile der Vorrichtung eigen sich vor allem rost- und säurebeständige Werkstoffe, um den Verschleiß gering zu halten. Eine geeignete Beschichtung, welche eine Korrosion des Grundwerkstoffes verhindert, kann ebenfalls verwendet werden. Für die bevorzugt kegeligen Druck- stempel 07 ist eine Keramikverbindung zu bevorzugen, da diese eine geringere Wärmeableitung aus dem zu härtenden Bauteil 04 bewirkt. Die Auflagefläche des Druckstempels ist so klein wie möglich (punktuell) zu gestalten. Je Druckstück 06 ist mit einer bevorzugten Anpresskraft von mindestens 10 N zu rechnen. Die Druckstücke sind in Bauteilrichtung axial einstellbar gestaltet. Dies kann durch ein Gewinde oder durch die Verwen- dung von Distanzstücken erfolgen. Die Druckstücke 06a, 06b haben bevorzugt eine Länge von etwa 40 mm, sodass die Bau- teiloberfläche noch gut vom Kühlmittel erreichbar ist. Der mittige Abstand benachbarter Druckstücke beträgt vorzugsweise nicht mehr als 50 mm. Zum Bauteilrand wird dieser Abstand vor- zugsweise nicht größer als 5 mm gewählt. Damit das Kühlmittel das zu härtende Bauteil ungehindert erreichen kann, sind die verbleibenden Stege zwischen benachbarten Aussparungen in der Grund- und Kopfplatte vorzugsweise nicht breiter als 15 mm. An diesen Stegen sind die Druckstücke 06 befestigt. Rust- and acid-resistant materials are particularly suitable as materials for all components of the device in order to keep wear and tear to a minimum. A suitable coating that prevents corrosion of the base material can also be used. For the preferably conical pressure For stamp 07, a ceramic compound is preferable, as this results in less heat dissipation from the component 04 to be hardened. The contact surface of the printing stamp must be made as small as possible (at certain points). For each pressure piece 06, a preferred contact force of at least 10 N can be expected. The pressure pieces are designed to be axially adjustable in the direction of the component. This can be done with a thread or by using spacers. The pressure pieces 06a, 06b preferably have a length of approximately 40 mm, so that the component surface can still be easily reached by the coolant. The central distance between adjacent pressure pieces is preferably not more than 50 mm. This distance from the edge of the component is preferably chosen to be no greater than 5 mm. So that the coolant can reach the component to be hardened unhindered, the remaining webs between adjacent recesses in the base and top plates are preferably not wider than 15 mm. The pressure pieces 06 are attached to these webs.
Um das formgenaue Schließen der Vorrichtung zu gewährleisten, sind robuste Führungselemente gewählt. Diese sind vorzugsweise verschleißfest und korrosionsbeständig ausgeführt. Das Schließen und Öffnen der Vorrichtung kann beispielsweise durch den einseitigen Antrieb der Kopfplatte 02 erfolgen, wenn die Grundplatte 01 gestellfest ausgeführt ist. Ebenso kann ein umgekehrter oder beidseitiger Antrieb erfolgen. In order to ensure that the device closes precisely, robust guide elements are selected. These are preferably designed to be wear-resistant and corrosion-resistant. The device can be closed and opened, for example, by driving the head plate 02 on one side if the base plate 01 is designed to be fixed to the frame. Reverse or double-sided drive can also take place.
Die Vorrichtungsgröße ist von der Bauteilgröße und der Anzahl der gleichzeitig zu härtenden Bauteile abhängig. Eine Skalie- rung der Vorrichtungsgröße ist somit einfach möglich. BezugsZeichen Grundplatte Kopfplatte Bauteilraum zu härtendes Bauteil Druckstückpaar The size of the fixture depends on the component size and the number of components to be hardened simultaneously. Scaling the fixture size is therefore easy. Reference symbol Base plate Head plate Component space Component to be hardened Pressure piece pair
06a Grundplattendruckstück06a Base plate pressure piece
06b Kopfplattendruckstück Druckstempel Kühlmitteldüse Aussparung 06b Head plate pressure piece pressure stamp coolant nozzle recess

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum Härten von Blechbauteilen, umfassend: eine Grundplatte (01) und eine Kopfplatte (02), die zueinander abstandsveränderlich über Führungselemente verbunden sind, um einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand einnehmen zu können, wobei zwischen der Grundplatte (01) und der Kopfplatte (02) ein einstellbarer Bauteilraum (03) verbleibt, in den mindestens ein zu härtendes Bauteil (04) einsetzbar ist; einen Antrieb zur Veränderung des Abstands zwischen Grundplatte (01) und Kopfplatte (02); zahlreiche Druckstückpaare (06), jeweils bestehend aus einem Grundplattendruckstück (06a) und einem Kopfplattendruckstück (06b), die axial gegenüberliegend an der Grundplatte (01) bzw. der Kopfplatte (02) angebracht sind, wobei der axiale Abstand zwischen den zueinander gerichteten Enden der Druckstücke eines Druckstückpaares veränderlich ist; dadurch gekennzeichnet, dass beide Druckstücke (06a, 06b) jedes Druckstückpaares (06) jeweils einen axial verschiebbaren, festlegbaren Druckstempel (07) besitzen, und dass außerhalb des einstellbaren Bauteilraums (03) zahlreiche Kühlmitteldüsen (08) angeordnet sind, wobei über jede Kühlmitteldüse ein Kühlmittel durch in den Bauteilraum (03) einleitbar ist, jeweils durch eine zugeordnete Aussparung (09), die sich entweder in der Grundplatte (01) oder in der Kopfplatte (02) befindet, um das im Bauteilraum (03) eingesetzte, zu härtende Bauteil (04) zu kühlen. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteldüsen (08) und die Aussparungen (09) in der Grundplatte (01) und der Kopfplatte (02) so angeordnet sind, dass das zu härtende Bauteil (04) über seine gesamte Fläche mindestens von einer Seite durch das Kühlmittel benetzbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteldüsen (08) und die Aussparungen (09) in der Grundplatte (01) und der Kopfplatte (02) so angeordnet sind, dass das zu härtende Bauteil (04) über seine gesamte Fläche von beiden Seiten durch das Kühlmittel benetzbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axial verschiebbaren Druckstempel (07) manuell oder über Druckstückantriebe einstellbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstempel (07) über ein Gewinde oder austauschbare Distanzstücke axial verschiebbar sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axial verschiebbaren Druckstempel (07) kegelförmig gestaltet sind und aus einem keramischenClaims Device for hardening sheet metal components, comprising: a base plate (01) and a head plate (02), which are connected to one another in a variable distance via guide elements in order to be able to assume an open and a closed state, between the base plate (01) and the head plate (02) an adjustable component space (03) remains, into which at least one component (04) to be hardened can be inserted; a drive for changing the distance between the base plate (01) and the top plate (02); numerous pairs of pressure pieces (06), each consisting of a base plate pressure piece (06a) and a head plate pressure piece (06b), which are attached axially oppositely to the base plate (01) or the head plate (02), the axial distance between the mutually directed ends of the Pressure pieces of a pressure piece pair is variable; characterized in that both pressure pieces (06a, 06b) of each pressure piece pair (06) each have an axially displaceable, fixable pressure stamp (07), and that numerous coolant nozzles (08) are arranged outside the adjustable component space (03), with one above each coolant nozzle Coolant can be introduced into the component space (03), each through an assigned recess (09), which is located either in the base plate (01) or in the top plate (02), around the component to be hardened inserted in the component space (03). (04) to cool. Device according to claim 1, characterized in that the coolant nozzles (08) and the recesses (09) in the base plate (01) and the top plate (02) are arranged so that the component (04) to be hardened over its entire surface is at least of one side can be wetted by the coolant. Device according to claim 2, characterized in that the coolant nozzles (08) and the recesses (09) in the base plate (01) and the top plate (02) are arranged in such a way that the component (04) to be hardened is exposed to both over its entire surface Sides can be wetted by the coolant. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axially displaceable pressure stamps (07) can be adjusted manually or via pressure piece drives. Device according to claim 4, characterized in that the pressure stamps (07) are axially displaceable via a thread or replaceable spacers. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the axially displaceable pressure stamps (07) are conical and made of a ceramic
Material bestehen oder eine keramische Beschichtung aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zur Veränderung des Abstands zwischen Grundplatte (01) und Kopfplatte (02) ein mechanischer, pneumatischer, hydraulische oder elektrischer Antrieb ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb und die Anzahl der Druckstückpaare (06) aufeinander abgestimmt sind, um im geschlossen Zustand an jedem Druckstückpaar eine Anpresskraft von mindestens 10 N auf das zu härtendeMaterial consist or have a ceramic coating. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive for changing the distance between the base plate (01) and the top plate (02) is a mechanical, pneumatic, hydraulic or electric drive. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive and the number of pairs of pressure pieces (06) are coordinated with one another in order to provide a contact force of at least 10 N on each pair of pressure pieces in the closed state on what is to be hardened
Bauteil (04) auszuüben. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteldüsen (08) dimensioniert sind, um das zu härtende Bauteil (04) innerhalb von maximal 15 Sekunden von einer Ausgangstemperatur von 900°C auf eineComponent (04). Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coolant nozzles (08) are dimensioned to heat the component (04) to be hardened within a maximum of 15 seconds from an initial temperature of 900°C to a
Zieltemperatur von höchsten 150°C abzukühlen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Heizelemente enthält, um das zu härtende Bauteil zu erwärmen. Target temperature of a maximum of 150°C. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it further contains heating elements in order to heat the component to be hardened.
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