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EP2586881B1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus hochfestem oder höchstfestem Stahl - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus hochfestem oder höchstfestem Stahl Download PDF

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Publication number
EP2586881B1
EP2586881B1 EP11009503.1A EP11009503A EP2586881B1 EP 2586881 B1 EP2586881 B1 EP 2586881B1 EP 11009503 A EP11009503 A EP 11009503A EP 2586881 B1 EP2586881 B1 EP 2586881B1
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EP
European Patent Office
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heated
producing
plate
zones
forming
Prior art date
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EP11009503.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2586881A3 (de
EP2586881A2 (de
Inventor
Gerhard Heuel
Winfried Freitag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEDIA Gebrueder Dingerkus GmbH
Original Assignee
GEDIA Gebrueder Dingerkus GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP2586881A3 publication Critical patent/EP2586881A3/de
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
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    • B21C37/02—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D35/002—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
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    • B21D35/006—Blanks having varying thickness, e.g. tailored blanks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
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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
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a molded part of preferably high-strength or high-strength steel, wherein a hardenable steel board is heated to Austenitmaschinestemperatur, the heated board is hot-formed in a forming tool and cured in the tool or subsequent to the molding process by rapid cooling, so that the ferritic structure of the heated starting material is converted into a martensitic structure.
  • From the EP 2 111 937 A1 is a method for producing thickness-varying sheet metal blanks for the manufacture of components for motor vehicles specified.
  • a sheet metal blank with variable thickness is prefabricated as the starting workpiece, which is then partially reworked, in particular re-stamped, so that the thickness of the sheet metal blank, which already has a variable thickness, is locally changed. It also states that it is also possible to emboss the board, which has been heated for press-hardening, by a quick blow.
  • a method for producing a shaped component made of sheet metal wherein a separated from a sheet with respect to the thickness graded blank for a subsequent press hardening is heated in sections to different final temperature.
  • the blank is heated after separation from the sheet and graded by hot rolling or hot pressing in its thickness. Subsequently, it is conveyed through a heating element field and heated in sections transversely to the conveying direction to different final temperatures.
  • a method for producing a metal component in which the starting material is embossed and is further processed after the embossing into a component which has at least partially embossed regions, wherein the starting material is heat embossed. After embossing, the starting material can be warm-removed and / or press-hardened.
  • the present invention has the object to provide a method for producing a molded part of the type mentioned, are formed in the zones of different load capacity on the finished molded part and this is inexpensive and easy to produce in only one tool.
  • the invention proposes to solve the problem that during the forming, the board is pressed simultaneously, so that sections or zones are produced with different material thickness.
  • the board is provided with an aluminum-silicon coating or a zinc-nickel coating before the forming process.
  • FIG. 1 and 1A a hot formed part 1 of high strength steel is partially shown.
  • the component 1 has hot-pressed zones 2, 3, 4 of different thickness and is U-shaped in cross-section as in FIG Figure 1A is shown.
  • the component is made of a plate 1 'made of hardenable steel, as in FIG. 2 in plan view and in FIG. 3 shown in section, which is heated to Austenitmaschinestemperatur, then formed in a forming tool and cured in the tool by rapid cooling, so that ferritic microstructure of the heated starting material is converted into martensitic structure.
  • the board 1 ' is simultaneously pressed during the forming of the board 1', so that zones 2, 3, 4 of different material thickness are produced.
  • a manufactured according to such a method component has through the zones 2,3,4 different thickness areas with different load characteristics, so that according to the desired load, a corresponding component can be formed.
  • FIG. 2 is a corresponding board 1 'after the compression for forming the zones 2,3,4, but shown before the forming of the finished molded part.
  • this board 1 ' is shown in longitudinal section AA.
  • Such a component can optionally be formed with a tool in only one operation, curable and compressible, so that only low production costs.
  • the rolling fibers are not destroyed, so that a homogeneous transition of the zones of different material thickness and hardness is formed. This also increases the load capacity.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus vorzugsweise hochfestem oder höchstfestem Stahl, wobei eine Platine aus härtbarem Stahl auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, die erwärmte Platine in einem Umformwerkzeug warmumgeformt und im Werkzeug oder anschließend an den Formgebungsvorgang durch schnelle Abkühlung gehärtet wird, so dass das ferritische Gefüge des erwärmten Ausgangsmaterials in martensitisches Gefüge umgewandelt wird.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, insbesondere in der Herstellung von Kraftfahrzeug-Zulieferteilen mittels Formhärten, welches auch als Presshärten bezeichnet wird, Kraftfahrzeugteile, die hohen Belastungen standhalten, herzustellen. Beim Formhärten wird in einem ersten Arbeitsschritt eine Platine aus härtbarem Stahl auf Austenitisierungstemperatur von etwa 920 ° bis 950 ° erwärmt und anschließend während der Formgebung derart abgekühlt, dass sich das Gefüge aus einem ferritischen Ausgangsgefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelt.
  • Es wird also in einem Schritt umgeformt und im gleichen Werkzeug gleichzeitig oder zeitnah gehärtet.
  • Häufig werden im Fahrzeugbau Platinen aus einem hochfesten oder höchstfesten Stahl verwendet, die mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung oder einer Nickel-Zink-Beschichtung versehen sind.
  • Die Anforderung an spezielle Teile am Fahrzeug, nämlich Bereiche mit unterschiedlichen Belastungseigenschaften zur Verfügung zu stellen, kann nicht allein durch das gezielte Härten einzelner Bereiche realisiert werden.
  • Aus der DE 10 2007 030 388 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechbauteiles bekannt, wobei als Ausgangswerkstoff für das Blechbauteil ein mit unterschiedlichen Dickenbereichen flexibel gewalztes Stahlband verwendet wird, welches in einem Arbeitsschritt in einem Umformwerkzeug umgeformt und pressgehärtet wird. Bei diesem Verfahren muss also ein flexibel gewalztes Band als Basismaterial eingesetzt werden.
  • Aus der EP 2 111 937 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von in der Dicke variierenden flächigen Blechplatinen zur Fertigung von Bauteilen für Kraftfahrzeuge angegeben. Dabei wird als Ausgangswerkstück eine Blechplatine mit variabler Dicke vorgefertigt, die dann partiell nachgearbeitet, insbesondere nachgeprägt wird, sodass die Dicke der Blechplatine, welche bereits eine variable Dicke aufweist, lokal geändert wird. Es ist dort auch angegeben, dass auch die Möglichkeit besteht, die für ein Presshärten erwärmte Platine durch einen schnellen Schlag warm zu verprägen.
  • Aus der AT 509 597 A4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formbauteiles aus Blech bekannt, wobei ein aus einem Blech abgetrennter bezüglich der Dicke abgestufter Rohling für ein anschließendes Presshärten abschnittsweise auf unterschiedliche Endtemperatur erwärmt wird. Der Rohling wird nach dem Abtrennen aus dem Blech erwärmt und durch ein Warmwalzen oder Warmpressen in seiner Dicke abgestuft. Anschließend wird er durch ein Heizelementfeld befördert und quer zur Förderrichtung abschnittsweise auf unterschiedliche Endtemperaturen erwärmt.
  • Aus der DE 10 2009 025 821 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteiles bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial verprägt wird und nach dem Verprägen zu einem Bauteil weiterverarbeitet wird, welches zumindest teilweise verprägte Bereiche aufweist, wobei das Ausgangsmaterial warmverprägt wird. Nach dem Verprägen kann das Ausgangsmaterial warm umgefort und/oder pressgehärtet werden.
  • Aufgrund des genannten Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Zonen unterschiedlicher Belastbarkeit am fertigen Formteil ausgebildet werden und das dabei kostengünstig und einfach in nur einem Werkzeug herstellbar ist.
  • Verfahrensmäßig schlägt die Erfindung zur Lösung der Aufgabe vor, dass während der Umformung die Platine gleichzeitig verpresst wird, so dass Abschnitte oder Zonen mit unterschiedlicher Materialdicke erzeugt werden.
  • Durch die gleichzeitige Verpressung zur Erzeugung verschieden dicker Zonen oder Abschnitte während der Umformung der Platine werden ohne großen Mehraufwand Zonen oder Abschnitte mit zueinander unterschiedlicher Belastbarkeit erzeugt.
  • Hierdurch ist es ermöglicht, Formteile mit genau definierten unterschiedlichen Beanspruchungsbereichen herzustellen, die dabei kostengünstig und einfach in nur einem Arbeitsgang im gleichen Werkzeug umformbar und pressbar sind. Ein weiterer großer Vorteil einer auf diese Art und Weise umgeformten Platine ist, dass zwischen den Zonen verschiedener Dicke ein homogener Übergang von Zone zu Zone erfolgt. Dies ist beispielsweise bei spanabhebend bearbeiteten Werkstücken zur Erzeugung unterschiedlicher Materialdicke nicht möglich. Insbesondere ist die Walzfaser nicht gestört, so dass das entstehende Formteil besonders hoch belastbar ist, da keine Bruchzonen oder Kerbbereiche bei der Umformung und Verpressung entstehen.
  • Weiter kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Platine vor dem Umformvorgang mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung oder einer Zink-Nickel-Beschichtung versehen wird.
  • Insbesondere bei mit Aluminium-Silizium beschichteten Platinen muss eine genaue Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur erfolgen, ohne dabei über die Austenitisierungstemperatur hinaus zu erwärmen, um die Beschichtung nicht zu beschädigen. Ferner darf eine derart beschichtete Platine nur eine gewisse Zeitdauer auf Austenitisierungstemperatur gehalten werden, um die Beschichtung nicht zu beschädigen. Dies ist durch das gleichzeitige Umformen, Verpressen und Härten ermöglicht.
  • Derartige Verfahren zur Warmumformung stellen einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren dar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes warmumgeformtes Formteil in Draufsicht;
    Figur 1 A
    desgleichen in Stirnansicht;
    Figur 2
    eine Variante in Draufsicht;
    Figur 3
    die Variante im Schnitt A-A der Figur 2 gesehen.
  • In den Figuren 1 und 1A ist ein warmumgeformtes Bauteil 1 aus hochfestem Stahl teilweise gezeigt. Das Bauteil 1 weist warm verpresste Zonen 2,3,4 unterschiedlicher Dicke auf und ist im Querschnitt U-förmig wie in Figur 1A gezeigt ist.
  • In den Figuren ist lediglich ein Teilabschnitt eines entsprechenden Bauteiles gezeigt. Das Bauteil wird aus einer Platine 1' aus härtbarem Stahl gefertigt, wie in Figur 2 in Draufsicht und in Figur 3 im Schnitt gezeigt, welche auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, anschließend in einem Umformwerkzeug umgeformt und im Werkzeug durch schnelle Abkühlung gehärtet wird, so dass ferritisches Gefüge des erwärmten Ausgangsmaterials in martensitisches Gefüge umgewandelt wird. Erfindungsgemäß wird während der Umformung der Platine 1' gleichzeitig die Platine 1' verpresst, so dass Zonen 2,3,4 unterschiedlicher Materialdicke erzeugt werden. Ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Bauteil weist durch die Zonen 2,3,4 unterschiedlicher Dicke Bereiche mit unterschiedlichen Belastungseigenschaften auf, so dass entsprechend der gewünschten Belastung ein entsprechendes Bauteil ausgebildet werden kann.
  • In Figur 2 ist eine entsprechende Platine 1' nach der Verpressung zur Formung der Zonen 2,3,4, aber vor der Umformung zum fertigen Formteil gezeigt. In Figur 3 ist diese Platine 1' im Längsschnitt A-A gezeigt.
  • Ein derartiges Bauteil ist mit einem Werkzeug gegebenenfalls in nur einem Arbeitsgang umformbar, härtbar und verpressbar, so dass nur geringe Herstellungskosten entstehen. Zudem wird bei einem derartigen Bauteil während der Herstellung die Walzfasern nicht zerstört, so dass ein homogener Übergang der Zonen unterschiedlicher Materialdicke und Härte entsteht. Auch hierdurch wird die Belastbarkeit erhöht.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus vorzugsweise hochfestem oder höchstfestem Stahl, wobei eine Platine (1) aus härtbarem Stahl auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, die erwärmte Platine (1) in einem Umformwerkzeug warmumgeformt und im Werkzeug oder anschließend an den Formgebungsvorgang durch schnelle Abkühlung gehärtet wird, so dass das ferritische Gefüge des erwärmten Ausgangsmaterials in martensitisches Gefüge umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umformung die Platine (1) gleichzeitig verpresst wird, so dass Abschnitte oder Zonen (2,3,4) mit unterschiedlicher Materialdicke erzeugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) vor dem Umformvorgang mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung oder einer Zink-Nickel-Beschichtung versehen wird.
EP11009503.1A 2011-10-28 2011-12-01 Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus hochfestem oder höchstfestem Stahl Active EP2586881B1 (de)

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EP2586881A2 EP2586881A2 (de) 2013-05-01
EP2586881A3 EP2586881A3 (de) 2017-05-10
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