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EP2874765B1 - Verfahren zum herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten metallblechbauteils sowie presshärtwerkzeug zum herstellen eines solchen bauteiles - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten metallblechbauteils sowie presshärtwerkzeug zum herstellen eines solchen bauteiles Download PDF

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Publication number
EP2874765B1
EP2874765B1 EP13737586.1A EP13737586A EP2874765B1 EP 2874765 B1 EP2874765 B1 EP 2874765B1 EP 13737586 A EP13737586 A EP 13737586A EP 2874765 B1 EP2874765 B1 EP 2874765B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blank
tool
perforation
punching
producing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP13737586.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2874765A1 (de
Inventor
Markus Löcker
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.)
Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Original Assignee
Kirchhoff Automotive Deutschland 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH filed Critical Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority to PL13737586T priority Critical patent/PL2874765T3/pl
Publication of EP2874765A1 publication Critical patent/EP2874765A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2874765B1 publication Critical patent/EP2874765B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/26—Perforating, i.e. punching holes in sheets or flat parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/001—Shaping combined with punching, e.g. stamping and perforating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a deformed and at least partially cured sheet metal component, in particular a sheet steel component, with at least one introduced therein in which a blank heated to forming temperature, subsequently formed in a tool and then cured by appropriate cooling at least partially, wherein the at least one opening is introduced into the blank by means of a stamping process, before the blank is hardened. Furthermore, the invention relates to a press-hardening tool for producing a deformed and at least partially hardened sheet metal component with at least two mutually adjustable tool opening and closing tool parts and with a stamping punch comprehensive punching device for introducing an opening in a located between the tool parts blank.
  • Press hardening tools are tools with which metal blanks are reshaped and hardened.
  • a blank preheated according to deformation temperature is supplied to the press-hardening tool, transformed therein and, after the forming has been completed, sufficiently rapidly cooled and thus tempered to cure.
  • Such press-hardening tools are used, for example, for producing structural components of motor vehicles.
  • the blanks are sheet steel parts, so that the structural components are sheet steel components. It is also possible to further reshape already preformed sheet steel blanks in a press-hardening tool and then to treat them in the press-hardening tool.
  • a heating of the blank to its forming temperature which typically corresponds to the austenitizing temperature in the case of a blank made of steel, can in principle be carried out within the pressing tool. In most cases, however, the blank will be heated to the forming temperature in an oven and then introduced into the open press-hardening tool.
  • the Press hardening tool itself has at least two opening and closing the same adjustable tool parts, which are addressed as a rule as a die and stamp.
  • the die represents the stationary tool part, against which the punch is moved by means of a press to close the tool and thus to reshape the blank inserted therein.
  • the two tool parts For tempering the deformed blank within the press-hardening tool, the two tool parts have coolant channels through which coolant is pumped through for the purpose of the tempering or hardening process. After completion of the cooling process for at least partial hardening of the formed blank, the tool is opened and the steel sheet component removed.
  • a method and a device for producing a hardened sheet steel component are known in which, within the pressing tool, the at least one opening in the blank is introduced into the blank during cooling by means of perforation.
  • the at least one opening in the blank is introduced at a time in which this is not yet, at least not fully cured. It is emphasized in this document that the punch is brought out again immediately after the introduction of the opening from the opening to a shrinking of the blank to prevent the punch. In this way, damage to the punch to be avoided when removing or pulling it from the shrunk on it in the course of the cooling process blank.
  • EP 2 062 664 A1 Another method for producing a hardened sheet metal profile with an opening is made EP 2 062 664 A1 known.
  • a limited by at least one cutting edge area is first cut, the depth of cut is less than the material thickness of the board.
  • the board is then hot formed and the cut area is pressed out along the cut edge after hot forming.
  • the cutting and expressing of the area is carried out in the opposite direction, so that you get grading-free cutting contours. Also with this procedure can as already to DE 10 2004 019 693 A1 described shrinkage phenomena are not avoided.
  • the invention is therefore the object of developing an aforementioned method and a press-hardening tool mentioned above such that the above-described problem of uneven shrinkage introduced into a not yet final cured blank Breakthrough is counteracted.
  • the procedural object is achieved according to the invention by an initially mentioned, generic method in which the cut out by punching out of the blank punched back is returned to the opening, where it remains for the duration of the cooling process and only with or after removal of the sheet steel component from the Tool in which it is held during the cooling is pushed out.
  • the device-related object is achieved by an aforementioned, generic press-hardening tool, in which that tool part against which the punch for inserting the opening operates on a return ram has its actuating side to the punch and whose axis of movement corresponds to the axis of movement of the punch, so that a by means of the punch from a blank severed punching slug in the introduced by the punching process in the blank opening in the correct position or approximately in the correct position for filling the same is traceable.
  • the aperture is introduced into the blank which has not yet hardened, that is to say at a point in time in the sequence of the process steps in which the blank still has relatively soft material properties. Consequently, the aperture can be introduced into the blank by a cutting operation performed as punching. Thus, a separation of the Butzens takes place differently than when lasing without loss of material. To counteract an uneven shrinkage of the thus created opening the punching slug is now used, which is returned immediately after the punching of the aperture in this. In the opening of the punching remains at least until the decisive completion of the cooling process.
  • the slug forms the placeholder for the created Opening, whereby an uneven shrinkage and thus an undesirable change in the peripheral geometry of the aperture is effectively counteracted.
  • the slug itself is naturally made of the same material as the blank. Consequently, this shrinks to the same extent as the blank. Therefore, in this process, no or at most only an insignificant shrinking on the stamped joint, which is why this can be pushed out of the opening readily after completion of the cooling process. Finally, there is no material composite between the stamped slug and the surrounding material of the sheet steel component.
  • the method steps described above will be carried out in such a way that the punched slug cut out of the blank is returned to the opening with the return stroke of the punch immediately after completion of the punching stroke.
  • This purpose is expediently a return ram, which is arranged in that tool part in which the punch is not arranged. It can be provided that by the punching stroke of the punch and the consequent translational movement of the Stanzbutzens which is located on the opposite side of the punch punching punch applied return ram is moved back to its original position to be activated after completion of the punching stroke, causing the punching in the Aperture is traced back. This return movement can be used to return the punch itself to its original position. It is expedient if, after returning the stamped plug into the aperture, both the stamping punch and the return punch bear against the stamped billet, since this fixes the position of the stamped billet within the aperture for the cooling process.
  • the cross-sectional geometry of the return ram corresponds in its abutting on the punched portion of the opening geometry and thus the geometry of the punching.
  • the return ram bears against the entire surface of the stamped slug, so that the stamped slug is exposed to the same or at least substantially the same cooling conditions as the adjoining edge regions of the opening.
  • the press-hardening tool can also be used to produce sheet steel components that do not necessarily have an opening, thus the step of cutting out a punched, is not performed.
  • a press hardening tool can be provided with which, without having to change the tool geometry or certain inserts, sheet steel components with and without openings can be produced. It is understood that such a press-hardening tool can also have more than one punching device with one of these each associated return punch.
  • press hardening tool 1 has two mutually adjustable tool parts 2, 3.
  • the tool part 2 is a fixed tool part, which therefore can also be addressed as a die.
  • the tool part 3 is translationally movable relative to the tool part 2.
  • This tool part 3 can also be addressed as a stamp.
  • Both tool parts 2, 3 each have a mold surface 4, 4.1.
  • On the mold surfaces 4, 4.1 an inserted into the open press-hardening tool 1, previously heated to forming temperature in an oven blank, typically a steel plate, reshaped.
  • the tool parts 2, 3 have coolant channels 5, 5.1, via which heat can be conducted away from the formed blank for carrying out a hardening process by correspondingly rapid cooling. If cooling is desired, the coolant channels 5, 5.1 are exposed to coolant.
  • the press-hardening tool 1 is a press-hardening tool, as is known per se.
  • the press-hardening tool 1 additionally has a device 6 for introducing an opening into a blank held between the tool parts 2, 3.
  • This device 6 comprises a punching device 7 with a punch 8, which punching device 7 assigned to the stamp 3 in the illustrated embodiment.
  • the punch 8 is in by the double arrow in FIG. 1 indicated direction translatable in a manner not shown adjustable.
  • the pointing into the mold cavity 9 end face of the punch serves for punching out a stamped from a held between the tool parts 2, 3 blank.
  • the punch 8 has a circular cross-sectional geometry. It is understood that the punch 8 may have any cross-sectional geometries.
  • the device 6 is further associated with a return device 10 with a return ram 11.
  • the return device 10 is assigned to the die 2 of the press-hardening tool 1.
  • the double arrow indicates that the return punch 11 of the return device 10, which is not shown in any other detail, can also be moved in the translatory direction, on the same axis of movement as the punch 8.
  • the return device 10 serves the purpose of removing one between a punching operation the tool parts 2, 3 located blank in the course of creating an opening preciselygeschennten punched scraper immediately after the punching process in the created aperture.
  • the punching device 7 and the return device 10 are clearer from the enlarged detail view of FIG. 2 recognizable.
  • the cross-sectional geometry of the return punch 11 corresponds to the cross-sectional geometry of the punch.
  • the clear width of the movement channel 12, in which the return ram 11 is moved, is sufficiently large, so that the punch 8 can engage in performing a punching stroke therein.
  • FIG. 3 shows the press-hardening tool 1 in its enlarged view corresponding to that of FIG. 2 with a previously placed on forming temperature and already converted by moving the tool parts 2, 3 blank 13.
  • the blank 13 is a sheet steel blank, which has been heated prior to the forming austenitizing temperature.
  • 5.1 of the tool parts 2, 3 with coolant, ie before actively initiating the hardening or tempering process is introduced into the blank 13 an opening.
  • the punch 8 is pressed for punching a Stanzbutzens, as this by the block arrow in FIG. 3 is indicated.
  • the punched slug 14 is cut out of the blank 13 and pressed into the movement channel 12 of the return ram 11. At the same time, the return punch 11 is pushed back into its starting position by this punching stroke. This situation is in FIG. 4 shown. The punched slug 14 is completely inserted in the movement channel 12 with respect to its material thickness. It is clear from this that the punched slug 14 no longer has any material connection to the blank 13.
  • the return punch 11 of the return device 10 is activated, whereby the punched slug 14 is returned from the movement channel 12 in the introduced through the punching process in the blank 13 opening.
  • the active cooling process is initiated by applying the coolant channels 5, 5.1 with coolant. Due to the snug fit of the punching 14 within the opening 16 this serves as a placeholder and therefore ensures a uniform shrinkage of the entire region of the opening and in particular of the opening bordering edge portions of the blank 13, whereby a retention of the opening geometry is guaranteed.
  • the press-hardening tool 1 After completion of the cooling process, the press-hardening tool 1 is opened and the steel sheet component 15 produced therein is removed.
  • the punched slug 14 can be pushed out of the opening 16 readily, especially manually. Subsequently, the sheet steel component provided with the desired aperture in the intended dimensional accuracy.
  • the opening 16 is introduced into the blank 13 after the forming step is completed. Similarly, it can be provided that the opening is introduced while the forming process is in its final phase.
  • the machine cycle for introducing the aperture described can be provided very short, so that the usual machine cycle for producing the sheet steel components in question is not or only slightly increased.
  • the punching device is associated with the punch and the return means of the die.
  • the punching means may be associated with the die and the return means associated with the punch.
  • the punching means and the return means may each be associated with the same tool part.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten Metallblechbauteiles, insbesondere eines Stahlblechbauteiles, mit wenigstens einer darin eingebrachten Durchbrechung, bei dem ein Rohling auf Umformtemperatur erwärmt, nachfolgend in einem Werkzeug umgeformt und anschließend durch entsprechendes Abkühlen zumindest bereichsweise gehärtet wird, wobei die wenigstens eine Durchbrechung in den Rohling im Wege eines Stanzprozesses eingebracht wird, bevor der Rohling gehärtet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Presshärtwerkzeug zum Herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten Metallblechbauteiles mit zumindest zwei gegeneinander zum Öffnen und Schließen des Werkzeuges verstellbaren Werkzeugteilen sowie mit einer einen Stanzstempel umfassenden Stanzeinrichtung zum Einbringen einer Durchbrechung in einen zwischen den Werkzeugteilen befindlichen Rohling.
  • Presshärtwerkzeuge sind Werkzeuge, mit denen Metallrohlinge umgeformt und gehärtet werden. Für die Zwecke des Härtens wird je nach Ausgestaltung des Verfahrens ein entsprechend auf Umformtemperatur vorerwärmter Rohling dem Presshärtwerkzeug zugeführt, darin umgeformt und nach erfolgter Umformung zu seiner Härtung hinreichend rasch abgekühlt und damit vergütet. Eingesetzt werden derartige Presshärtwerkzeuge beispielsweise zum Herstellen von Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugen. Typischerweise handelt es sich bei den Rohlingen um Stahlblechteile, so dass es sich bei den Strukturbauteilen um Stahlblechbauteile handelt. Möglich ist es auch, bereits vorgeformte Stahlblechplatinen in einem Presshärtwerkzeug weiter umzuformen und anschließend in dem Presshärtwerkzeug zu vergüten. Eine Erwärmung des Rohlings auf seine Umformtemperatur, die im Falle eines aus Stahl gefertigten Rohlings typischerweise der Austenitisierungstemperatur entspricht, kann prinzipiell innerhalb des Presswerkzeuges durchgeführt werden. Zumeist wird man den Rohling jedoch in einem Ofen auf die Umformtemperatur erwärmen und anschließend in das geöffnete Presshärtwerkzeug einbringen. Das Presshärtwerkzeug selbst verfügt über zumindest zwei zum Öffnen und Schließen desselben verstellbare Werkzeugteile, die in aller Regel als Matrize und Stempel angesprochen werden. Dabei stellt die Matrize das ruhende Werkzeugteil dar, gegenüber dem der Stempel mittels einer Presse zum Schließen des Werkzeuges und damit zum Umformen des darin eingelegten Rohlings bewegt wird. Zum Vergüten des umgeformten Rohlings innerhalb des Presshärtwerkzeuges verfügen die beiden Werkzeugteile über Kühlmittelkanäle, durch die zum Zwecke des Vergütungs- bzw. Härteprozesses Kühlmittel durchgepumpt wird. Nach Abschluss des Abkühlprozesses zum zumindest bereichsweisen Härten des umgeformten Rohlings wird das Werkzeug geöffnet und das Stahlblechbauteil entnommen.
  • Es gibt Anwendungsfälle, bei denen derartige Blechbauteile, die nach dem vorbeschriebenen Verfahren unter Verwendung eines Presshärtwerkzeuges hergestellt werden, ein oder mehrere Durchbrechungen, mitunter auch als Durchzüge angesprochen, aufweisen sollen. Derartige Durchbrechungen können nach dem Schritt des Presshärtens in das Stahlblechbauteil eingebracht werden. Dieses erfolgt mit einer Laserbearbeitung, da aufgrund der durch den Herstellungsprozess eingestellten Härte ein Stanzen des gehärteten Blechbauteils nicht unproblematisch ist. Allerdings kann auch eine Laserbearbeitung zum Einbringen der zumindest einen Durchbrechung als nachteilig angesehen werden. Begründet liegt dieses in dem zu betreibenden apparativen und handhabungsbedingten Aufwand. Zudem wird durch den Wärmeeintrag beim Lasern die eingestellte Härte zumindest in dem die Durchbrechung einfassenden Randbereichen wieder herabgesetzt.
  • Aus DE 10 2004 019 693 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines gehärteten Stahlblechbauteiles bekannt, bei denen innerhalb des Presswerkzeuges die zumindest eine Durchbrechung in den Rohling während des Abkühlens durch Lochen in den Rohling eingebracht wird. Bei diesem Verfahren wird die zumindest eine Durchbrechung in den Rohling zu einem Zeitpunkt eingebracht, in dem dieser noch nicht, jedenfalls nicht vollständig gehärtet ist. Herausgestellt wird in diesem Dokument, dass der Lochstempel unmittelbar nach Einbringung der Durchbrechung aus der Durchbrechung wieder herausgeführt wird, um ein Aufschrumpfen des Rohlings auf den Stanzstempel zu verhindern. Auf diese Weise sollen Beschädigungen an dem Stanzstempel, die beim Abziehen oder Herausziehen desselben von dem darauf im Zuge des Abkühlprozesses aufgeschrumpften Rohling vermieden werden.
  • Als nachteilig wird jedoch in Bezug auf das aus DE 10 2004 019 693 A1 bekannt gewordene Verfahren empfunden, dass die Umfangsgeometrie der zumindest einen in den Rohling eingebrachten Durchbrechung während des Abkühlvorganges nicht kontrolliert wird. Zwar ist der Rohling während des Abkühlprozesses zwischen den geschlossenen Werkzeugteilen gehalten. Jedoch kann hierdurch ein Schrumpfen, insbesondere ein ungleichmäßiges Schrumpfen der Öffnungsweite der eingebrachten Durchbrechung nicht verhindert werden. Prinzipiell muss ein Schrumpfen der Öffnungsweite der Durchbrechung hingenommen werden. Allerdings wäre es wünschenswert, wenn sich ein solches Schrumpfen über den Umriss der Durchbrechung gleichmäßig vollzieht. Dieses ist mit dem vorgenannten vorbekannten Verfahren nicht gewährleistet. Unterschiedliche Schrumpfungsraten können vor allem bei Durchbrechungen eintreten, deren Geometrie von der kreisrunden Querschnittsform abweichend ist.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils mit einer Durchbrechung ist aus EP 2 062 664 A1 bekannt. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren wird ein durch zumindest eine Schnittkante begrenzter Bereich zunächst angeschnitten, wobei die Schnitttiefe geringer ist als die Materialstärke der Platine. Anschließend wird die Platine warmumgeformt und der angeschnittene Bereich nach dem Warmumformen entlang der Schnittkante herausgedrückt. Das Anschneiden und Ausdrücken des Bereiches wird in entgegengesetzter Richtung durchgeführt, so dass man gradfreie Schnittkonturen erhält. Auch bei diesem Verfahren können wie bereits zu DE 10 2004 019 693 A1 beschriebene Schrumpfungserscheinungen nicht vermieden werden.
  • Ausgehend von dem vordiskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie ein eingangs genanntes Presshärtwerkzeug dergestalt weiterzubilden, dass der vorbeschriebenen Problematik eines ungleichmäßigen Schrumpfens einer in einen noch nicht abschließend gehärteten Rohling eingebrachten Durchbrechung entgegengewirkt ist.
  • Gelöst wird die verfahrensbezogene Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren, bei dem der durch das Stanzen aus dem Rohling herausgetrennte Stanzbutzen in die Durchbrechung hinein zurückgeführt wird, dort für die Dauer des Abkühlprozesses verbleibt und erst mit oder nach der Entnahme des Stahlblechbauteiles aus dem Werkzeug, in dem es während der Abkühlung gehalten wird, herausgedrückt wird.
  • Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Presshärtwerkzeug gelöst, bei dem dasjenige Werkzeugteil, gegen welches der Stanzstempel zum Einbringen der Durchbrechung arbeitet über einen Rückführstempel verfügt, dessen Betätigungsseite zu dem Stanzstempel weist und dessen Bewegungsachse der Bewegungsachse des Stanzstempels entspricht, so dass ein mittels des Stanzstempels aus einem Rohling herausgetrennter Stanzbutzen in die durch den Stanzprozess in den Rohling eingebrachte Durchbrechung lagerichtig oder annähernd lagerichtig zum Füllen derselben zurückführbar ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - entsprechendes gilt für das beanspruchte Presshärtwerkzeug - wird die Durchbrechung in den noch nicht ausgehärteten Rohling eingebracht, also zu einem Zeitpunkt in der Abfolge der Prozessschritte, in dem der Rohling noch relativ weiche Materialeigenschaften aufweist. Folglich kann die Durchbrechung durch einen als Stanzen ausgeführten Schneidvorgang in den Rohling eingebracht werden. Mithin erfolgt ein Heraustrennen des Butzens anders als etwa beim Lasern ohne Materialverlust. Zum Entgegenwirken eines ungleichmäßigen Schrumpfens der auf diese Weise erstellten Durchbrechung wird nunmehr der Stanzbutzen verwendet, der unmittelbar nach dem Ausstanzen der Durchbrechung in diese zurückgeführt wird. In der Durchbrechung verbleibt der Stanzbutzen zumindest bis zum maßgeblichen Abschluss des Abkühlvorganges. Da der Stanzbutzen passgenau in die Durchbrechung einpasst und dieser lagerichtig und damit in seiner Ursprungslage oder in einer dementsprechenden Lage zum Füllen der Durchbrechung in diese zurückgeführt wird, bildet der Butzen den Platzhalter für die erstellte Durchbrechung, womit einem ungleichen Schrumpfen und somit einer unerwünschten Änderung in der Umfangsgeometrie der Durchbrechung wirksam entgegen gewirkt ist. Der Butzen selbst besteht naturgemäß aus demselben Material wie der Rohling. Folglich schrumpft dieser in demselben Maße wie der Rohling. Daher erfolgt bei diesem Prozess kein oder allenfalls nur ein nicht nennenswertes Aufschrumpfen auf den Stanzbutzen, weshalb dieser nach Abschluss des Abkühlvorganges ohne weiteres aus der Durchbrechung herausgedrückt werden kann. Schließlich besteht zwischen dem Stanzbutzen und dem umgebenden Material des Stahlblechbauteils kein Materialverbund.
  • Bevorzugt wird man die vorbeschriebenen Verfahrensschritte derart ausführen, dass der aus dem Rohling herausgetrennte Stanzbutzen mit dem Rückhub des Stanzstempels unmittelbar nach Beendigung des Stanzhubes in die Durchbrechung zurückgeführt wird. Hierfür dient zweckmäßigerweise ein Rückführstempel, der in demjenigen Werkzeugteil angeordnet ist, in dem der Stanzstempel nicht angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass durch den Stanzhub des Stanzstempels und die dadurch bedingte translatorische Bewegung des Stanzbutzens der an der dem Stanzstempel gegenüberliegenden Seite des Stanzbutzens anliegende Rückführstempel in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird, um nach Vollendung des Stanzhubes aktiviert zu werden, wodurch der Stanzbutzen in die Durchbrechung zurückgeführt wird. Diese Rückführbewegung kann genutzt werden, um den Stanzstempel selbst in seine Ausgangsposition zurückzubringen. Zweckmäßig ist es, wenn nach Zurückführen des Stanzbutzens in die Durchbrechung sowohl der Stanzstempel als auch der Rückführstempel an dem Stanzbutzen anliegen, da hierdurch die Lage des Stanzbutzens innerhalb der Durchbrechung für den Prozess des Abkühlens fixiert wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Querschnittsgeometrie des Rückführstempels in seinem an dem Stanzbutzen anliegenden Abschnitt der Durchbrechungsgeometrie und damit der Geometrie des Stanzbutzens entspricht. Bei einer solchen Ausgestaltung liegt der Rückführstempel vollflächig an dem Stanzbutzen an, so dass der Stanzbutzen denselben oder zumindest im Wesentlichen denselben Abkühlbedingungen ausgesetzt ist, wie die daran angrenzenden Randbereiche der Durchbrechung. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Presshärtwerkzeug auch genutzt werden, um Stahlblechbauteile herzustellen, die nicht notwendigerweise eine Durchbrechung aufweisen, mithin der Schritt des Heraustrennens eines Stanzbutzens, nicht durchgeführt wird. Dennoch unterliegt auch derjenige Bereich, in dem eine Durchbrechung eingebracht werden könnte, zu den angrenzenden Bereichen gleiche oder zumindest annähernd gleichen Abkühlungsbedingungen, so dass auch über diesen Bereich des Blechbauteiles trotz Vorsehens der Stanz- und Rückführeinrichtung keine nennenswerte Festigkeitsunterschiede feststellbar sind. Somit kann mit dem vorbeschriebenen Konzept ein Presshärtwerkzeug bereitgestellt werden, mit dem, ohne die Werkzeuggeometrie oder bestimmte Einsätze ändern zu müssen, Stahlblechbauteile mit und ohne Durchbrechungen hergestellt werden können. Es versteht sich, dass ein solches Presshärtwerkzeug auch mehr als eine Stanzeinrichtung mit einem dieser jeweils zugeordneten Rückführstempel aufweisen kann.
  • Neben den bereits aufgezeigten Vorteilen, die das beanspruchte Konzept mit sich bringt, wird augenfällig, dass bei diesem Konzept der Stanzbutzen nicht aus dem Presshärtwerkzeug herausgeführt zu werden braucht. Butzenkanäle zum Herausführen eines Stanzbutzens werden daher grundsätzlich nicht benötigt. Dieses wiederum begünstigt die vorbeschriebenen über die Durchbrechung hinweg einheitlichen Abkühlbedingungen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    einen schematisierten Querschnitt durch ein Presshärtwerkzeug mit einer Einrichtung zum Einbringen einer Durchbrechung in ein in dem Presswerkzeug gehaltenes Werkstück,
    Fig. 2:
    eine vergrößerte Darstellung aus dem Bereich der Einrichtung zum Einbringen einer Durchbrechung des Presshärtwerkzeuges der Figur 1,
    Fig. 3:
    der Ausschnitt des Presshärtwerkzeuges der Figur 2 mit einem zwischen den Werkzeugteilen gehaltenen Rohling nach Abschluss des Umformvorganges,
    Fig. 4:
    die Darstellung der Figur 3 nach Einbringen einer Durchbrechung in den Rohling,
    Fig. 5a, 5b:
    das Presshärtwerkzeug in dem Ausschnitt der Figur 4 während und nach einem Schritt des Zurückführens des Stanzbutzens in die in den Rohling eingebrachte Durchbrechung und
    Fig. 6:
    in einer Querschnittsdarstellung das aus dem Presshärtwerkzeug entnommene Stahlblechbauteil nach Abschluss des Vergütungsprozesses und nach Herausdrücken des zuvor in der Durchbrechung befindlichen Stanzbutzens.
  • Ein in Figur 1 nur schematisiert dargestelltes Presshärtwerkzeug 1 verfügt über zwei gegeneinander verstellbare Werkzeugteile 2, 3. Bei dem Werkzeugteil 2 handelt es sich um ein feststehendes Werkzeugteil, welches daher auch als Matrize angesprochen werden kann. Das Werkzeugteil 3 ist gegenüber dem Werkzeugteil 2 translatorisch bewegbar. Dieses Werkzeugteil 3 kann auch als Stempel angesprochen werden. Beide Werkzeugteile 2, 3 verfügen über jeweils eine Formoberfläche 4, 4.1. An den Formoberflächen 4, 4.1 wird ein in das geöffnete Presshärtwerkzeug 1 eingelegter, zuvor auf Umformtemperatur in einem Ofen erwärmter Rohling, typischerweise eine Stahlplatine, umgeformt. Die Werkzeugteile 2, 3 verfügen über Kühlmittelkanäle 5, 5.1, über die zum Durchführen eines Härteprozesses durch entsprechend rasches Abkühlen Wärme von dem umgeformten Rohling weggeführt werden kann. Ist eine Kühlung gewünscht, sind die Kühlmittelkanäle 5, 5.1 mit Kühlmittel beaufschlagt. Insoweit handelt es sich bei dem Presshärtwerkzeug 1 um ein Presshärtwerkzeug, wie dieses an sich bekannt ist.
  • Neben den ansonsten üblichen Einrichtungen, über die ein Presshärtwerkzeug verfügt, verfügt das Presshärtwerkzeug 1 zusätzlich über eine Einrichtung 6 zum Einbringen einer Durchbrechung in einen zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 gehaltenen Rohling. Diese Einrichtung 6 umfasst eine Stanzeinrichtung 7 mit einem Stanzstempel 8, welche Stanzeinrichtung 7 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Stempel 3 zugeordnet ist. Der Stanzstempel 8 ist in der durch den Doppelpfeil in Figur 1 kenntlich gemachten Richtung translatorisch in nicht näher dargestellter Art und Weise verstellbar. Die in die Formkavität 9 weisende Stirnseite des Stanzstempels dient zum Ausstanzen eines Stanzbutzens aus einem zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 gehaltenen Rohling. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stanzstempel 8 eine kreisrunde Querschnittsgeometrie auf. Es versteht sich, dass der Stanzstempel 8 beliebige Querschnittsgeometrien aufweisen kann. Der Einrichtung 6 ist ferner eine Rückführeinrichtung 10 mit einem Rückführstempel 11 zugeordnet. Die Rückführeinrichtung 10 ist der Matrize 2 des Presshärtwerkzeuges 1 zugeordnet. Durch den Doppelpfeil ist kenntlich gemacht, dass auch der Rückführstempel 11 der ansonsten nicht näher dargestellten Rückführeinrichtung 10 in translatorischer Richtung bewegbar ist, und zwar auf derselben Bewegungsachse wie der Stanzstempel 8. Die Rückführeinrichtung 10 dient dem Zweck, den im Zuge eines Stanzvorganges aus einem zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 befindlichen Rohling im Zuge des Erstellens einer Durchbrechung herausgetrennten Stanzbutzen unmittelbar nach erfolgtem Stanzvorgang in die erstellte Durchbrechung zurückzuführen.
  • Die Stanzeinrichtung 7 und die Rückführeinrichtung 10 sind deutlicher aus der vergrößerten Ausschnittsdarstellung der Figur 2 erkennbar. Die Querschnittsgeometrie des Rückführstempels 11 entspricht der Querschnittsgeometrie des Stanzstempels. Die lichte Weite des Bewegungskanals 12, in dem der Rückführstempel 11 bewegt wird, ist hinreichend groß, damit der Stanzstempel 8 bei Ausführen eines Stanzhubes darin eingreifen kann.
  • Figur 3 zeigt das Presshärtwerkzeug 1 in seiner vergrößerten Darstellung entsprechend derjenigen der Figur 2 mit einem darin zuvor auf Umformtemperatur gebrachten und bereits durch Zusammenfahren der Werkzeugteile 2, 3 umgeformten Rohling 13. Bei dem Rohling 13 handelt es sich um einen Stahlblechrohling, der vor dem Umformvorgang aus Austenitisierungstemperatur erwärmt worden ist. Nach erfolgtem Umformvorgang und vor Beaufschlagen der Kühlmittelkanäle 5, 5.1 der Werkzeugteile 2, 3 mit Kühlmittel, also vor aktivem Einleiten des Härte- bzw. Vergütungsprozesses wird in den Rohling 13 eine Durchbrechung eingebracht. Zu diesem Zweck wird der Stanzstempel 8 zum Ausstanzen eines Stanzbutzens betätigt, wie dieses durch den Blockpfeil in Figur 3 angedeutet ist. Im Zuge des Stanzhubes wird der Stanzbutzen 14 aus dem Rohling 13 herausgetrennt und in den Bewegungskanal 12 des Rückführstempels 11 eingedrückt. Durch diesen Stanzhub wird gleichzeitig der Rückführstempel 11 in seine Ausgangsposition zurückgedrückt. Diese Situation ist in Figur 4 gezeigt. Der Stanzbutzen 14 ist bezüglich seiner Materialstärke vollständig in dem Bewegungskanal 12 eingeführt. Hieraus wird deutlich, dass der Stanzbutzen 14 keinerlei Materialverbindung mehr zu dem Rohling 13 aufweist. Unmittelbar nach Vollendung des Stanzhubes des Stanzstempels 8 wird der Rückführstempel 11 der Rückführeinrichtung 10 aktiviert, wodurch der Stanzbutzen 14 aus dem Bewegungskanal 12 in die durch den Stanzvorgang in den Rohling 13 eingebrachte Durchbrechung zurückgeführt wird. Aufgrund der Führung des Stanzbutzens 14, der flächig auf der Stirnseite des Rückführstempels 11 anliegt und an seiner anderen Seite durch den Stanzstempel 8 gehalten ist, wird dieser lagerichtig und damit in seiner Ursprungslage, wie dieser aus dem Rohling 13 herausgetrennt worden ist, in die erstellte Durchbrechung eingeschoben, in der der Stanzbutzen 14 passgenau sitzt. Die Schritte des Zurückführens des Stanzbutzens 14 in die Durchbrechung 16 ist in Figuren 5a, 5b gezeigt, wobei Figur 5a die Situation zeigt, in der der Stanzbutzen 14 in die Durchbrechung eingeführt wird, während Figur 5b den in die Durchbrechung 16 eingesetzten Stanzbutzen 14 zeigt.
  • Anschließend wird der aktive Abkühlvorgang durch Beaufschlagen der Kühlmittelkanäle 5, 5.1 mit Kühlmittel eingeleitet. Aufgrund des passgenauen Sitzes des Stanzbutzens 14 innerhalb der Durchbrechung 16 dient dieser als Platzhalter und gewährleistet daher ein gleichmäßiges Schrumpfen des gesamten Bereiches der Durchbrechung und insbesondere der die Durchbrechung einfassenden Randbereiche des Rohlings 13, womit eine Beibehaltung der Durchbrechungsgeometrie gewährleistet ist.
  • Nach Abschluss des Abkühlvorganges wird das Presshärtwerkzeug 1 geöffnet und das darin hergestellte Stahlblechbauteil 15 entnommen. Der Stanzbutzen 14 kann aus der Durchbrechung 16 ohne weiteres, vor allem auch manuell herausgedrückt werden. Anschließend ist das Stahlblechbauteil mit der gewünschten Durchbrechung in der bestimmungsgemäßen Maßhaltigkeit bereitgestellt.
  • Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Durchbrechung 16 in den Rohling 13 eingebracht, nachdem der Umformschritt beendet ist. Gleichermaßen kann vorgesehen sein, dass die Durchbrechung eingebracht wird, während sich der Umformprozess in seiner Endphase befindet. Der Maschinentakt zum Einbringen der beschriebenen Durchbrechung kann sehr kurz vorgesehen sein, so dass sich der übliche Maschinentakt zum Herstellen der in Rede stehenden Stahlblechbauteile nicht oder nur kaum merklich verlängert.
  • Bei dem in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Stanzeinrichtung dem Stempel und die Rückführeinrichtung der Matrize zugeordnet. Gleichermaßen kann die Stanzeinrichtung der Matrize und die Rückführeinrichtung dem Stempel zugeordnet sein. Bei Vorsehen von mehreren Durchbrechungseinbringseinrichtung können die Stanzeinrichtungen und die Rückführeinrichtung jeweils demselben Werkzeugteil zugeordnet sein. Gleichfalls ist es möglich, wenigstens eine Stanzeinrichtung sowie eine Rückführeinrichtung jedem Werkzeugteil zuzuordnen. Die Zuordnung von Stanzvorrichtung und Rückführvorrichtung wird man in Abhängigkeit von den baulichen Gegebenheiten des Werkzeuges vornehmen. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Stanzstempel und der Rückführstempel einer Durchbrechungseinbringseinrichtung ausgeführt sind, damit beide Tätigkeiten ausüben zu können. Dann kann der Stanzhub und der Rückführhub von beiden Stempeln gleichermaßen ausgeübt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Presshärtwerkzeug
    2
    Werkzeugteil, Matrize
    3
    Werkzeugteil, Stempel
    4,4.1
    Formoberfläche
    5,5.1
    Kühlmittelkanal
    6
    Einrichtung
    7
    Stanzeinrichtung
    8
    Stanzstempel
    9
    Formkavität
    10
    Rückführeinrichtung
    11
    Rückführstempel
    12
    Bewegungskanal
    13
    Rohling
    14
    Stanzbutzen
    15
    Stahlblechbauteil
    16
    Durchbrechung

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten Metallblechbauteiles, insbesondere eines Stahlblechbauteils (15), mit wenigstens einer darin eingebrachten Durchbrechung (16), bei dem ein Rohling (13) auf Umformtemperatur erwärmt, nachfolgend in einem Werkzeug (1) umgeformt und anschließend durch entsprechendes Abkühlen zumindest bereichsweise gehärtet wird, wobei die wenigstens eine Durchbrechung (16) in den Rohling (13) im Wege eines Stanzprozesses eingebracht wird, bevor der Rohling (13) gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Stanzen aus dem Rohling (13) herausgetrennte Stanzbutzen (14) in die Durchbrechung (16) hinein zurückgeführt wird, dort für die Dauer des Abkühlprozesses verbleibt und erst mit oder nach der Entnahme des Stahlblechbauteiles (15) aus dem Werkzeug (1), in dem es während der Abkühlung gehalten wird, herausgedrückt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechung (16) nach dem Umformschritt oder in einer Endphase des Umformschrittes in den Rohling (13) eingebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktive Abkühlung des umgeformten Rohlings (13) erst erfolgt, wenn die Schritte des Erstellens der Durchbrechung (16) und die Zurückführung des Butzens (14) in die Durchbrechung (16) abgeschlossen sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchbrechung (16) in einen Bereich des Rohlings (13) eingebracht wird, der anschließend gehärtet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zum Herstellen des umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten Blechblauteiles (13) in einem Presshärtwerkzeug (1) durchgeführt werden.
  6. Presshärtwerkzeug zum Herstellen eines umgeformten und zumindest bereichsweise gehärteten Metallblechbauteiles, insbesondere eines Stahlblechbauteils (15), mit zumindest zwei gegeneinander zum Öffnen und Schließen des Werkzeuges (1) verstellbaren Werkzeugteilen (2, 3) sowie mit einer einen Stanzstempel (8) umfassenden Stanzeinrichtung (7) zum Einbringen einer Durchbrechung (16) in einen zwischen den Werkzeugteilen (2, 3) befindlichen Rohling (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Presshärtewerkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, wobei dasjenige Werkzeugteil (2), gegen welches der Stanzstempel (8) zum Einbringen der Durchbrechung (16) arbeitet, über einen Rückführstempel (11) verfügt, dessen Betätigungsseite zu dem Stanzstempel (8) weist und dessen Bewegungsachse der Bewegungsachse des Stanzstempels (8) entspricht, so dass ein mittels des Stanzstempels (8) aus einem Rohling (13) herausgetrennter Stanzbutzen (14) in die durch den Stanzprozess in den Rohling (13) eingebrachte Durchbrechung (16) lagerichtig oder annähernd lagerichtig zum Füllen derselben zurückführbar ist.
  7. Presshärtwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführstempel (11) mit seiner Betätigungsseite an dem in die erstellte Durchbrechung (16) zurückgeführten Butzen (14) bis zur Öffnung des Werkzeuges (1) zur Entnahme des Blechbauteiles (15) anliegt.
  8. Presshärtwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführstempel (11) durch den mit dem Stanzstempel (8) bewegten Butzen (14) in seine Ausgangsposition gebracht wird.
  9. Presshärtwerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Betätigung des Rückführstempels (11) zum Zurückführen des Butzens (14) in die Durchbrechung (16) der Stanzstempel (8) in seine Ausgangsposition gebracht wird.
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