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EP2993241B1 - Verfahren und presse zur herstellung wenigstens abschnittsweise gehärteter blechbauteile - Google Patents

Verfahren und presse zur herstellung wenigstens abschnittsweise gehärteter blechbauteile Download PDF

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Publication number
EP2993241B1
EP2993241B1 EP15181420.9A EP15181420A EP2993241B1 EP 2993241 B1 EP2993241 B1 EP 2993241B1 EP 15181420 A EP15181420 A EP 15181420A EP 2993241 B1 EP2993241 B1 EP 2993241B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
press
sheet metal
die station
metal component
tool
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.)
Revoked
Application number
EP15181420.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2993241A1 (de
Inventor
Dipl.-Ing. Frost (FH) Georg
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.)
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik 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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=54007520&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2993241(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Benteler Automobiltechnik GmbH filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
Publication of EP2993241A1 publication Critical patent/EP2993241A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2993241B1 publication Critical patent/EP2993241B1/de
Revoked 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a method and a press for producing sheet metal components that are hardened at least in sections.
  • hot forming also known as press hardening or press hardening
  • press hardening has been widespread for many years for the production of chassis and structural components of motor vehicles.
  • the DE 10 2008 034 596 A1 describes a method for producing at least partially hardened sheet metal components in two successive tool stages, each tool stage having an upper tool and a Has the lower tool arranged in a press and the upper tool and lower tool are closed by the closing movement of the press and thereby a sheet metal blank heated to austenitizing temperature is hot-formed into a sheet metal component.
  • a sheet metal blank heated to austenitizing temperature is hot-formed into a sheet metal component.
  • the formed sheet metal blank is quickly cooled.
  • sheet metal components hardened only in sections should be produced.
  • the DE 10 2009 057 382 A1 describes a method and a press with several tool stages for the hot forming of sheet metal blanks heated to austenitizing temperature for the production of hardened sheet metal components. After hot forming in a cooled forming tool stage, the sheet metal component is to be hardened in a further cooled tool stage and then cold cut.
  • the press should be operated with high throughput, which is why it is proposed to close the tool stages with the upper tool and lower tool as early as possible and to open them as late as possible.
  • JP 2007 136 535 A referenced.
  • a production process in a press with three tool stages is described.
  • a hot forming stage is followed by a trimming stage and a cooling stage or mold hardening stage.
  • Only the cooling stage has a lower tool with an elastic actuator, so that the lower tool can be raised relative to the press table in order to produce the closed state of the cooling tool stage.
  • the post-publish EP 2 907 881 A2 discloses a hot forming line and method for making hot formed sheet metal products.
  • a heating station and a forming station are proposed.
  • the heating station has a lower tool and an upper tool, between which a metal plate is received for heating.
  • the heating or the heating of a metal plate in the heating station takes place through indirect resistance heating.
  • the entire lower tool carrier can be moved downwards against the force of spring elements, with the movement of the heating station, forming station and cooling station being elastically supported as a result.
  • the US 2010/0018277 A1 discloses a method in which a blank is hot-formed and the forming begins by an upper, elastically mounted body. Spring-loaded hold-downs in the upper tool press the unformed areas of the blank to be formed against the lower tool before the blank is trimmed at the edge in a final operation.
  • the object of the invention based on the aforementioned prior art, is to propose a reliable method that can be implemented on a large industrial scale and a press for producing hardened sheet metal components, which has an increased production throughput and a higher resulting product quality.
  • the forming tool stage is moved during the closing movement from an upper reversal point to a lower reversal point of the press by at least one elastic actuator relative to the press, so that the hot forming is ended and the locking begins before the press reaches the lower reversal point, and / or that the closing of the forming tool stage by an elastic actuator is only ended during the upward movement of the press after the lower reversal point of the press has been completely passed, the upper tool and the lower tool having cooling channels, whereby a cooling medium is conducted.
  • the cycle time for hot forming and hardening of the sheet metal component can be reduced by starting and ending the forming very early and by making maximum use of the holding time for quenching the formed sheet metal component in the individual tool stages.
  • the elastic actuator (s) can compensate for inaccuracies in the positioning of the upper and lower tool of the forming tool stage, as well as discontinuities in the surface properties and thickness of the sheet metal blank.
  • the sheet metal blank is further processed into a sheet metal component by hot forming, with both terms also being used in parallel in the following description if it is not about the properties caused by the forming, but rather the process steps, in particular the heat treatment and the press, are explained in more detail.
  • the sheet metal blank is brought to a temperature above the austenitizing temperature of the steel alloy used, at least in sections, by heating methods known per se.
  • heating methods known per se.
  • it makes sense to use heating devices with a high heating rate, for example by contact heating with inductively or conductively heated contact masses, direct burner heating or furnace heating with overtemperature in the furnace.
  • a combination of these or with other known types of furnace is also possible, for example when using metal-coated sheet metal blanks.
  • the austenitizing temperature Ac3 is also referred to as the recrystallization temperature, the level of the austenitizing temperature depending on the exact alloy composition.
  • the use of manganese boron steels has proven successful, which, after being heated by rapid cooling or quenching, experience a continuous hardening by converting the austenitic structure into martensite structure.
  • the mechanical properties yield point Rp0.2 and tensile strength Rm increase with hardness, while the maximum bending angle and elongation A50 decrease.
  • holding time is to be understood as the period in which the upper tool and lower tool at least the forming tool stage and the second tool stage are closed, i.e. at least in sections are in intimate contact with the formed sheet metal blank or with the sheet metal component.
  • transfer includes any handling operation that brings about the transport of the sheet metal component from one tool level to the next following tool level, including removal from the respective tool level and insertion into the respective tool level.
  • the reversal point of the press is defined in such a way that the press reaches exactly one open position, the upper reversal point, and precisely one maximally closed position, the lower reversal point, in the work cycle.
  • the maximum that can be achieved for maintenance or retooling operations is to distinguish between the open position of the press, which may be greater than the top dead center.
  • Edge trimming and / or perforation are preferably carried out during or after the end of hot forming in the forming tool stage, in particular before the press is completely closed. This has the advantage that a subsequent perforation or edge trimming can be omitted in the cold and hardened state of the sheet metal component, thus avoiding tool wear and additional handling processes. Because the punching or trimming takes place before the press is completely closed, the closing movement can be used to drive the cutting means that are necessary for punching or trimming. The trimmed sheet metal component is then transferred to the second tool stage for further rapid cooling, at least in sections.
  • the second tool stage is also preferably moved relative to the press, at least in some areas, during the closing movement of the press by at least one elastic actuator, so that the locking begins before the press reaches the lower reversal point.
  • the locking of the second tool stage it is also possible for the locking of the second tool stage to be terminated at least in sections by an elastic actuator only during the upward movement of the press, after the lower reversal point of the press has been completely passed.
  • the second tool stage is mounted in relation to the press by at least one elastic actuator in such a way that the upper tool and lower tool remain closed during a significant time portion of the closing movement and during a significant time portion of the upward movement.
  • a time share of more than 30 percent each in the closing movement and / or in the upward movement of the press is to be regarded as decisive.
  • the forming tool stage and preferably also the second tool stage can be spring-mounted mechanically, hydraulically or pneumatically by the elastic actuator.
  • the elastic actuators themselves can either have a passive, purely mechanical effect by permanently applying a force counteracting the press force on the upper tool or the lower tool raise.
  • a simple example would be spiral springs or spring assemblies made from other mechanical springs.
  • the sheet metal component is transferred according to the invention by a transfer system, comprising a linearly guided transfer bar with grippers, in a transfer time of 1 to 4 seconds, preferably in 2 to 3 seconds, between at least two tool stages. It is thus possible to keep the heat losses during the movement of the sheet metal component between the tool stages as low as possible and ideally to dispense with complicated multi-axis handling devices. It can be provided that the grippers of the transfer system are already brought close to the sheet metal component before the press has reached the upper reversal point.
  • recesses can be provided in the tool stages for the collision-free implementation of the transfer system or for bringing the grippers close to the sheet metal component, so that the sheet metal component is immediately carried out by the transfer system or the lower tool when the upper tool and lower tool are moved apart, i.e. after the end of the holding time Gripper is removed from the forming tool stage and moved on.
  • a sheet metal component hardened only in sections can be produced in a particularly simple and reliable manner with the method according to the invention.
  • in sections means that the sheet metal component has at least a first section with relatively low strength and yield point with a structure that is preferably unhardened or only slightly hardened, and at least one second section with high strength Rm and yield point Rp0.2 but reduced Has elongation A50 and essentially has a martensitic structure.
  • the first section of the Sheet metal component has a tensile strength between 400 and 800 megapascals (MPa), in particular between 450 and 650 MPa, and predominantly ferrite-pearlite structural components.
  • a cooling temperature of the sheet metal component is preferably set which is higher in a first section of the sheet metal blank than the martensite start temperature Ms required for the transformation of the martensite structure and which is lower than Ms in a second section, with the sheet metal blank in the first section in particular to a cooling temperature of 540 is cooled to 660 ° C.
  • a cooling temperature of the sheet metal component can be set in the second tool stage, which at the end of the second holding time is between 350 to 500 ° C in the first section and in which
  • the second section is smaller than the martensite finish temperature Mf required for complete transformation of the martensite structure, the sheet metal component in the second section preferably being cooled to less than 200 ° C., in particular to room temperature.
  • the temperature control of the second section is intended to achieve a completely martensitic structure, with a tensile strength between 1400 and 2100 MPa, preferably 1450 and 1800 MPa, depending on the steel alloy, in particular depending on the carbon and manganese content, being set.
  • the sheet metal component is held for a first holding time between 2 and 8 seconds and for a second holding time between 2 and 10 seconds.
  • the cycle time of the press unchanged, the time available for cooling the formed sheet metal blank and for the associated structural transformations is almost doubled.
  • the difference between the two holding times results primarily from the time required for hot forming in the forming tool stage.
  • the cycle time of the press with a forming tool stage and a temporally following second tool stage between its upper reversal point and its lower reversal point is preferably between 3 and 11 seconds. This makes it possible to achieve an extremely high output or a high throughput and thus very low production costs. In combination with the production of hardened sheet metal components in sections, there is also the advantage that the component properties and quality do not suffer from the high production cycle. It should be emphasized that the sheet metal components produced have a high degree of dimensional accuracy, in contrast to a one-step hot-forming and press-hardening process for the production of press-hardened sheet-metal components in sections with heated tool areas.
  • Another aspect of the invention provides that the hardening is only ended in a third tool stage, after which the sheet metal component completely has a cooling temperature below 200 ° C.
  • This has the advantage that the cycle time of the press can be reduced again and at the end of the press a cool sheet metal component that is not critical when touched can be removed. A residual heat distortion is completely excluded, in particular due to the adjustment of the cooling temperatures of the two sections of the sheet metal component.
  • the cycle time of the press with a forming tool stage and a second tool stage and a third tool stage, therefore in a three-stage chronologically successive process, between its upper reversal point and its lower reversal point is between 3 and 9 seconds.
  • the use of a mechanical crank or eccentric press or a servo-electric press is preferred to be provided, whereby in the case of the mechanical press the reversal points are passed through without any significant interruption of the press movement. A holding time due to a press standstill can thus advantageously be dispensed with.
  • the press has several tool stages, a press ram and a press table, and is used to carry out the method described above.
  • at least one tool stage is a forming tool stage that can be cooled at least in some areas for hot forming of sheet metal blanks, which comprises an upper tool and a lower tool which form a mold cavity in a closed state.
  • At least one elastic actuator is arranged between the press table and the lower tool so that either the lower tool can be raised relative to the press table and / or the upper tool can be pressurized at a distance relative to the press ram in order to establish the closed state of the forming tool stage before the press is completely closed
  • the upper tool and the lower tool have cooling channels, whereby a cooling medium can be conducted, the cooling channels extending over the entire longitudinal extent of the upper tool and the lower tool, with a cooling source in the form of a heat exchanger being provided outside the forming tool stage as well as an inlet and outlet line from the cooling channels to the heat exchanger.
  • the sheet metal component is transferred between at least two tool stages by a transfer system which is designed as a linearly guided transfer bar with grippers.
  • the lower tool and / or the upper tool can be spaced apart from the press table or press ram at least until the lower reversal point of the press is reached.
  • the distance can be adjusted by means of the elastic actuator and is reduced during the hot forming and preferably also during a portion of the holding time when the upper tool and lower tool are closed.
  • An elastic actuator arranged on one side is sufficient to compensate for the position of the upper tool and lower tool with one another and for any discontinuities in the thickness of the sheet metal blank.
  • a vertical adjustment path can preferably be set by the elastic actuator, the adjustment path being less than the maximum press stroke path between the upper and lower reversal points of the press, but at least 100 mm. In combination with the speed given by the press drive during the closing movement and during the upward movement of the press, it is thus advantageously possible to extend the holding time through contact between the sheet metal blank, the upper tool and the lower tool.
  • the elastic actuator preferably has an actuating force that increases at least over part of an actuating path from the upper reversal point to the lower reversal point of the press, in particular the actuating force in the closed state of the forming tool stage is at least 20 percent greater, whereby the contact and pressure between the tool stage and the sheet metal component is increased and thus a high heat transfer or the rapid achievement of at least one desired quenching temperature of the sheet metal component is possible.
  • At least the forming tool step can be heated in some areas by a heat source in order to bring about a reduced cooling rate in the sheet metal component in a first section, with unheated areas having cooling channels for the passage of a cooling medium.
  • a temperature close to room temperature, but in any case below 200 ° C can be set in the unheated area of the tool step.
  • the heat source is in the heated A temperature range between 650 and 450 ° C can be set.
  • the upper tool and the lower tool are provided to cool the formed sheet metal component during the holding time at different cooling rates and thereby to different quenching temperatures or to keep them at these temperatures.
  • a first section with lower tensile strength and at least one second section with high strength can thus be set in the sheet metal component.
  • both the forming tool stage and at least the subsequent second tool stage can be heated in certain areas, in particular by a heat source, in order to obtain at least no completely hardened sheet metal component in a first section.
  • the unheated area of the second tool stage can have an active cooling source, at least corresponding to a transition section between the first section and the second section of the sheet metal component.
  • the cooling source is used to reduce heat transfer between the sections of the sheet metal blank with different temperatures in order to ensure the narrowest possible transition section. This has the advantage that when designing sheet metal components, especially for the vehicle industry, designers only have to consider a small area to which no mechanical parameters can be directly assigned or for which no mechanical parameters can be guaranteed. It is also ensured that the second area has a homogeneous distribution of the structure and the mechanical properties throughout.
  • the cooling source comprises a heat exchanger arranged outside the press, which is in operative connection with the cooling medium and the cooling channels of at least the forming tool stage.
  • the first section and the transition section of the sheet metal component that can be fixed in a form-fitting manner by fixing elements, at least in the second tool stage.
  • the sheet metal component can preferably also be positively fixed in the third tool stage by means of fixing elements.
  • this results in an equalization of the pressing force in all tool stages and, in particular, it prevents the press table and press ram from being unevenly aligned with one another.
  • Figure 1 shows a longitudinal section of a press 1 according to the invention with two tool stages, the forming tool stage 2 and a second tool stage 3.
  • An initially unformed sheet metal blank 26 first passes through the forming tool stage 2 and then the second tool stage 3 for forming into a sheet metal component 27.
  • the press 1 has a press ram 6 and a press table 5, two clamping plates 10 being arranged on the press table 5.
  • Each clamping plate 10 furthermore has a plurality of elastic actuators 7 which extend from the clamping plate 10 in the direction of the press ram 6, a tool clamping plate 9 being fixed to the ends of the press ram 6 facing away from the press table 5.
  • the clamping plates 10 are each fixed on the press table 5 via clamping elements 31.
  • the tool clamping plates 9 are fixed to the ends of the actuators 7 facing away from the press table 5.
  • a lower tool 12 which comprises the forming tool stage 2 and the second tool stage 3, is fixed to the tool clamping plates 9 via clamping elements 31 ′.
  • an upper tool 11 is fixed on the press ram 6, a sheet metal blank 26 being able to be arranged between the upper tool 11 and the lower tool 12.
  • Both the upper tool 11 and the lower tool 12 have cooling channels 17, as a result of which a cooling medium 18 can be conducted.
  • the lower tool 12 also has guide elements 32 ′ which are designed to be insertable into corresponding guide recess 32.
  • the guide elements 32 ′ and guide recesses 32 are designed to correspond to one another and allow the upper tool 12 and the lower tool 11 to be guided with respect to one another.
  • the elastic actuators 7 are in Figure 1 designed as pneumatic spring assemblies, ie they are actuators 7 which can be acted upon by gas pressure and which can be actively controlled.
  • the state of the press at the upper reversal point OP is shown here, whereby it can be seen that the elastic actuators 7 lift the lower tool 12 relative to the press table 5, whereby the path of the closing movement Y of the forming tool stage 2 and the second tool stage 3 is shorter than the press stroke between the upper reversal point OP and the lower reversal point UP of the press 1.
  • Figure 2a shows a further embodiment of the press 1 according to the invention, the press 1 having two tool stages, but here shown in longitudinal section only the double forming tool stage 2.
  • the second tool stage 3 which also falls twice, is arranged, which receives the sheet metal blanks 26 that have already been hot-formed in the forming tool stage 2 and cools them down further.
  • the term double means that in the tool stage two components can be thermoformed and cooled at the same time in the press cycle.
  • mechanical spring assemblies 8 here as a plurality of spiral springs.
  • the press 1 in the second variant has additional cutting means 33 on the upper tool 11 and cutting means 33 on the lower tool 12, which are used to trim the formed sheet metal blank or the sheet metal component 27 while it is still warm and unhardened.
  • the upper cutting means 33 ′ being shown by way of example being fixed to the upper tool 11 via elastic actuators 34.
  • the elastic actuators 34 like the actuators 7, can be active or passive.
  • the lower cutting means 33 are fixedly and immovably connected to the lower tool 12.
  • a reverse connection of the cutting means 33, 33 'to the forming tool stage 2 is also possible, however.
  • the cutting means 33 are firmly but interchangeably connected to the upper tool 11 and lower tool 12.
  • the same type of connection can be implemented for both, both for the right and for the left halves of the forming tool stage 2.
  • FIG. 2b shows a cross-sectional view of the second variant of the press 1 through the forming tool stage 2, which is here again arranged on the mechanical spring assembly 8 so that it can move relative to the press table 5.
  • the cooling channels 17 extend over the entire longitudinal extension of the upper tool 11 and the lower tool 12, whereby (not shown here) an inlet and outlet line of the cooling channels 17 to a cooling source 19, which is located outside the heat exchanger, for example Forming tool stage 2, preferably also outside the press 1, is located.
  • the Figure 3 shows in a longitudinal section an alternative embodiment of the press 1 according to the invention with a forming tool stage 2 and a second tool stage 3 that follows in the process.
  • elastic actuators 7 in the form of mechanical spring assemblies 8 are arranged on a common press table 5 via a clamping plate 10 .
  • the ends of the elastic actuators 7 facing away from the press table 5 can be coupled to a tool clamping plate 9, which in turn is connected to the lower tool 12 or is an integral part of the lower tool 12.
  • a tool clamping plate 9 which in turn is connected to the lower tool 12 or is an integral part of the lower tool 12.
  • Figure 4a shows the respective operating position of the press 1 and the corresponding forming tool stage 2 based on different times of the press cycle 11 and the lower tool 12 includes and the hot forming takes place.
  • the lower tool 12 is still fully raised by the elastic actuators 7 at this point in time.
  • the closing movement Y of the press 1 is continued continuously.
  • the travel W7 is the portion of the press stroke which, starting from the upper reversal point UP of the press, moves the upper tool 11 and the lower tool 12 towards one another until the forming tool stage 2 is completely closed with the formation of a mold cavity 13.
  • FIG. 5 shows a variant of a forming tool stage 2 of the press 1 according to the invention for producing hardened sheet metal components 27 in sections.
  • the forming tool stage 2 comprises an upper tool 11 and a lower tool 12, each of which has an unheated area 22 and a heated area 21.
  • Cooling channels 17 for the passage of a cooling medium 18 run through the unheated area 22, the cooling channels 17 being connected in such a way that the cooling medium 18 can be fed from the forming tool stage 2 to the outside in a cooling source (not shown), for example a heat exchanger.
  • the heated areas 21 are designed as molded inserts 15 and with the unheated Areas 22 firmly but interchangeably connected. Heating cartridges heated by gas burners or electrical resistance serve as the heating source 14.
  • the forming tool stage 2 can be coupled via the clamping plate 10 on the press ram 6 and additionally via the tool clamping plate 9 and elastic actuators 7 on the press table 5 or on the clamping plate 10 fixed thereon.
  • a segmented upper tool 11 and lower tool 12 designed for the production of hardened sheet metal components in sections.
  • a heated area 21 is arranged as a separate mold segment 16 separated from the unheated area 22 by an insulation 20 in the upper tool 11 and in the lower tool 12. This is used for more energy-efficient use of the heating sources 14 and cooling sources.
  • a temperature profile is established in the sheet metal component with a first section at a relatively high temperature and a second section at a lower temperature. This prepares the structural transformation into martensite in the second section and into ferrite and / or pearlite in the first section. Between the first and second section there is a narrow transition section 30 with later relatively undefined mechanical properties.
  • FIG. 7a a longitudinal section through the press 1 is shown. It comprises the forming tool stage 2 according to Figure 6 as well as a second, regionally heated tool stage 3 with fixing elements 24 for, in particular, form-fitting reception of the sheet metal component (not shown) and areas 21 heated by heat sources 14 in the form of a further molding segment 16.
  • the molding segment 16 can be of identical design in the forming tool stage 2, or at least with regard to the material, the material quality, the The thermal capacity or the temperature resistance can be designed to be stronger or more robust than in the second tool stage 3.
  • a transfer bar 25 and in the forming tool stage 2 gripper recesses 25 ', which serve to ensure that when removing the sheet metal component 27, grippers (not shown), which are connected to the transfer bar 25, can approach the sheet metal component as early as possible are indicated by dashed lines. without colliding with the lower tool 12 during the upward movement Z.
  • the second tool stage 3 is followed by a further tool stage 4, which here primarily serves to further cool down the sheet metal component.
  • a further tool stage 4 which here primarily serves to further cool down the sheet metal component.
  • the sheet metal component can be fixed precisely in position for further cooling.
  • the cooling itself can be done by cooling sources not shown, for example by air ventilation, air or cooling medium shower or by immersion according to the German patent DE 10 2005 028 010 B3 take place in that part of the third tool stage 4 with the sheet metal component 27 can be immersed in the cooling medium.
  • each tool step is designed to be doubly falling and has two tools in each of the forming tool step 2, the second tool step 3 and the third tool step 4.
  • the transfer bar for transporting the sheet metal blank or the sheet metal component into or out of the tool stages 2, 3, 4 is not shown.
  • a heating device 35 is indicated in which the sheet metal blanks 26 are heated to Ac3 temperature at least in sections.
  • FIG Figure 8a and 8b an alternative embodiment of the entire press 1 for the production of hardened sheet metal components 27 is shown in FIG Figure 8a as a longitudinal section and in Figure 8b as a horizontal section through the lower tools 12.
  • the third tool stage 4 ' is arranged separately in another press 36, which has the advantage that the final cooling can be decoupled from the high press cycle and more space in the press 1 for the forming tool stage 2 and second tool stage 3 remains.
  • a triple-falling forming tool stage 2 and a triple-falling second tool stage 3 and a heating device 35 in front of the press 1 are shown.
  • the sheet metal component 27 can also be used in the embodiment variant according to FIG Figure 7 manufacture in this way.
  • a transfer takes place within 2 seconds from the heating device 35 to the forming tool stage 2 of the press 1. Then the closing movement of the press and the tool begins until the forming tool stage 2 is completely closed and the sheet metal blank 26 to the sheet metal component 27 is hot forged. The first holding time t 2 ' then begins to cool the sheet metal component while the press 1 executes the lower reversal point UP and the upward movement begins. During the upward movement, the forming tool stage 2 is opened with a delay, the sheet metal component 27 having cooled down to different cooling temperatures T 1.1 and T 1.2 due to the different temperatures and / or tool material properties.
  • Figure 9a corresponds to the variant of the press according to Figure 8 and Figure 9b with the variant according to the Figure 7a and 7b . It can be seen that the cooling at the cooling time t 6 in Figure 9a lasts longer than in Figure 9b , since the last process takes place with press 1 linked to the cycle time.
  • the cooling temperatures T 3.1 and T 3.2 have come very close and are below 200 ° C in both sections.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Presse zur Herstellung wenigstens abschnittsweise gehärteter Blechbauteile.
  • In der Umformtechnik ist es bekannt, Blechbauteile aus Metallbandmaterial, insbesondere aus Stahl, durch eine wenigstens einstufige Umformoperation in einer Presse durchzuführen. Dazu wird das Blech vom Band abgewickelt und es werden Blechplatinen bestimmter Formgeometrie vom Band geschnitten. Anschließend erfolgt das Umformen in einer Presse mit wenigstens einer Presswerkzeugstufe.
  • Gerade im Automobilbauumfeld ist es üblich, komplexe Geometrien herzustellen und am Bauteil neben der Formgebung gleichzeitig auch bestimmte mechanische Eigenschaften einzustellen. Dazu ist das Warmformen, auch bekannt als Presshärten oder Formhärten, seit vielen Jahren weit verbreitet zur Herstellung von Fahrwerk- und Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugen.
  • Die DE 10 2008 034 596 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen wenigstens abschnittsweise gehärteter Blechbauteile in zwei aufeinanderfolgenden Werkzeugstufen, wobei jede Werkzeugstufe ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug angeordnet in einer Presse aufweist und durch Schließbewegung der Presse Oberwerkzeug und Unterwerkzeug geschlossen werden und dadurch eine auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Blechplatine zum Blechbauteil warmumgeformt wird. Durch Zuhalten und Kontakt der Blechplatine mit den Werkzeughälften wird die geformte Blechplatine rasch abgekühlt. Zudem sollen durch Vorsehen von Spalten zwischen den Werkzeughälften oder durch Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe mit verschiedener Wärmeleitfähigkeit im Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug nur abschnittsweise gehärtete Blechbauteile erzeugt werden.
  • Die DE 10 2009 057 382 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Presse mit mehreren Werkzeugstufen zum Warmformen von auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Blechplatinen zur Herstellung gehärteter Blechbauteile. Nach dem Warmformen in einer gekühlten Umformwerkzeugstufe soll in einer weiteren gekühlten Werkzeugstufe das Blechbauteil gehärtet und anschließend kalt beschnitten werden. Die Presse soll mit hohem Durchsatz betrieben werden, weshalb vorgeschlagen wird, die Werkzeugstufen mit Oberwerkzeug und Unterwerkzeug so frühzeitig wie möglich zu schließen und so spät wie möglich zu öffnen.
  • Zum Stand der Technik wird noch auf die JP 2007 136 535 A verwiesen. Es wird ein Herstellverfahren in einer Presse mit drei Werkzeugstufen beschrieben. Auf eine Warmformstufe folgt eine Beschnittstufe und eine Kühlstufe bzw. Formhärtestufe. Nur die Kühlstufe besitz ein Unterwerkzeug mit einem elastischen Stellglied, so dass das Unterwerkzeug relativ zum Pressentisch anhebbar ist, um den geschlossenen Zustand der Kühlwerkzeugstufe herzustellen.
  • Die nachveröffentliche EP 2 907 881 A2 offenbart eine Warmformlinie und ein Verfahren zur Herstellung von warmgeformten Blechprodukten. Es wird eine Heizstation und eine Umformstation vorgeschlagen. Die Heizstation weist ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug auf, zwischen denen eine Metallplatine zum Erwärmen aufgenommen wird. Die Erwärmung bzw. das Aufheizen einer Metallplatine in der Heizstation erfolgt durch mittelbare Widerstandserwärmung. Der gesamte untere Werkzeugträger kann gegen die Kraft von Federelementen abwärts bewegt werden, wobei dadurch die Bewegung von Heizstation, Umformstation und Kühlstation elastisch abgestützt ist.
  • Die US 2010/0018277 A1 offenbart ein Verfahren, bei welchem eine Platine warmumgeformt wird und die Umformung durch einen oberen, elastisch gelagerten Körper beginnt. Federnd gelagerte Niederhalter im Oberwerkzeug drücken die nicht umgeformten Bereiche der umzuformenden Platine gegen das Unterwerkzeug, bevor in einem abschließenden Arbeitsgang ein randseitiger Beschnitt der Platine erfolgt.
  • Aufgabe der Erfindung ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es, ein großindustriell umsetzbares und zuverlässiges Verfahren sowie eine Presse zur Herstellung gehärteter Blechbauteile vorzuschlagen, welche einen gesteigerten Produktionsdurchsatz und eine höhere resultierende Produktqualität aufweist.
  • Gelöst wird die Aufgabe betreffend des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 12 stellen vorteilhafte Ausführungsvarianten dar.
  • Die Aufgabe wird des Weiteren gegenständlich gelöst durch eine Presse gemäß Patentanspruch 13. Die davon abhängigen Unteransprüche 14 bis 19 bilden vorteilhafte Ausführungsvarianten.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils vorgeschlagen, welches in einer Presse, die einen Pressentisch, einen Pressenstößel und mehrere Werkzeugstufen umfasst, durchgeführt wird. Dabei werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Wenigstens abschnittsweises Erwärmen einer Blechplatine auf eine Temperatur von größer als die Austenitisierungstemperatur Ac3,
    • Einlegen der erwärmten Blechplatine in eine erste Umformwerkzeugstufe der Presse,
    • Warmumformen der Blechplatine zum Blechbauteil in der Umformwerkzeugstufe, wobei dabei die Presse eine Schließbewegung ausführt,
    • Zuhalten der Umformwerkzeugstufe für eine erste Haltezeit,
    • Abkühlen der umgeformten Blechplatine während der ersten Haltezeit, und
    • Transfer der umgeformten Blechplatine in eine zweite Werkzeugstufe,
    • wenigstens abschnittsweises Härten der Blechplatine durch Abkühlen in der zweiten Werkzeugstufe innerhalb wenigstens einer zweiten Haltezeit.
  • Bei dem Verfahren wird die Umformwerkzeugstufe während der Schließbewegung von einem oberen Umkehrpunkt zu einem unteren Umkehrpunkt der Presse durch wenigstens ein elastisches Stellglied relativ zur Presse bewegt, so dass das Warmumformen beendet wird und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse den unteren Umkehrpunkt erreicht, und/oder dass das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe durch ein elastisches Stellglied erst während der Aufwärtsbewegung der Presse beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse vollständig durchfahren wurde, wobei das Oberwerkzeug sowie das Unterwerkzeug Kühlkanäle aufweisen, wodurch ein Kühlmedium geleitet wird.
  • Damit wird ein hoch wirtschaftliches Herstellungsverfahren, vor allem für die industrielle Großserienfertigung erreicht und gleichzeitig eine Verbesserung von Prozess- und Bauteilqualität bewirkt. Konkret kann die Zykluszeit vom Warmumformen und Härten des Blechbauteils reduziert werden, indem die Umformung sehr frühzeitig beginnt und endet sowie die Haltezeit zum Abschrecken des geformten Blechbauteils in den einzelnen Werkzeugstufen maximal ausgenutzt wird. Zudem lassen sich durch das/die elastischen Stellglieder Ungenauigkeiten in der Positionierung von Ober- und Unterwerkzeug der Umformwerkzeugstufe sowie Unstetigkeiten in der Oberflächenbeschaffenheit und Dicke der Blechplatine ausgleichen.
  • Die Blechplatine wird durch Warmumformen zum Blechbauteil weiterverarbeitet, wobei in der folgenden Beschreibung beide Begriffe auch parallel verwendet werden, wenn es nicht um die durch das Umformen hervorgerufenen Eigenschaften geht, sondern die Verfahrensschritte, insbesondere die Wärmebehandlung und die Presse näher erläutert werden.
  • Im Rahmen der Erfindung wird die Blechplatine durch an sich bekannte Erwärmungsmethoden wenigstens abschnittsweise auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur der verwendeten Stahllegierung gebracht. Sinnvoll ist im Rahmen der Erfindung die Verwendung von Heizeinrichtungen hoher Aufheizrate, so zum Beispiel durch Kontakterwärmung mit induktiv oder konduktiv beheizten Kontaktmassen, direkte Brennererwärmung oder Ofenerwärmung mit Ofenraumübertemperatur. Auch eine Kombination daraus oder mit anderen bekannten Ofentypen ist möglich, beispielsweise bei Verwendung metallisch beschichteter Blechplatinen.
  • Die Austenitisierungstemperatur Ac3 wird auch als Rekristallisationstemperatur bezeichnet, wobei die Höhe der Austenitisierungstemperatur von der genauen Legierungszusammensetzung abhängt. Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich der Einsatz von Manganborstählen bewährt, welche nach dem Erwärmen durch rasches Abkühlen beziehungsweise Abschrecken eine durchgehende Härtung durch Umwandlung des austenitischen Gefüges in Martensitgefüge erfahren. Mit der Härte nehmen die mechanischen Eigenschaften Streckgrenze Rp0,2 und Zugfestigkeit Rm zu, während maximaler Biegewinkel und Dehnung A50 abnehmen.
  • Unter Haltezeit ist erfindungsgemäß derjenige Zeitraum zu verstehen, in welchem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zumindest der Umformwerkzeugstufe und der zweiten Werkzeugstufe geschlossen sind, sich also wenigstens abschnittsweise in innigem Kontakt mit der geformten Blechplatine beziehungsweise mit dem Blechbauteil befinden.
  • Der Begriff Transfer beinhaltet jegliche Handhabungsoperation, die den Transport des Blechbauteils von einer Werkzeugstufe in die zeitlich nächstfolgende Werkzeugstufe bewirkt, einschließlich der Entnahme aus der jeweiligen Werkzeugstufe und Einlegen in die jeweilige Werkzeugstufe.
  • Der Umkehrpunkt der Presse ist erfindungsgemäß so definiert, dass die Presse im Arbeitstakt genau eine geöffnete Stellung, den oberen Umkehrpunkt und genau eine maximal geschlossene Stellung, den unteren Umkehrpunkt, erreicht. Davon ist je nach Pressenart eine zu Wartungs- oder Umrüstvorgängen erreichbare maximal geöffnete Stellung der Presse, die unter Umständen größer sein kann als der obere Umkehrpunkt, zu unterscheiden.
  • Bevorzugt werden während oder nach Abschluss des Warmumformens in der Umformwerkzeugstufe ein Randbeschnitt und/oder eine Lochung durchgeführt, insbesondere bevor die Presse vollständig geschlossen wird. Das hat den Vorteil, dass eine anschließende Lochung beziehungsweise ein Randbeschnitt im kalten und gehärteten Zustand des Blechbauteils unterbleiben kann und damit Werkzeugverschleiß und zusätzliche Handlingprozesse vermieden werden. Dadurch, dass das Lochen oder der Beschnitt noch vor dem vollständigen Schließen der Presse erfolgt, kann die Schließbewegung für den Antrieb der Schneidmittel genutzt werden, die für das Lochen oder Beschneiden notwendig sind. Im Anschluss daran wird das beschnittene Blechbauteil zur weiteren, wenigstens abschnittsweisen, raschen Abkühlung in die zweite Werkzeugstufe transferiert.
  • Auch die zweite Werkzeugstufe wird bevorzugt, wenigstens bereichsweise, während der Schließbewegung der Presse durch wenigstens ein elastisches Stellglied relativ zur Presse bewegt, so dass das Zuhalten beginnt, bevor die Presse den unteren Umkehrpunkt erreicht. Es ist aber auch möglich, dass das Zuhalten der zweiten Werkzeugstufe wenigstens abschnittsweise durch ein elastisches Stellglied erst während der Aufwärtsbewegung der Presse beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse vollständig durchfahren wurde. Am bevorzugtesten ist durch wenigstens ein elastisches Stellglied die zweite Werkzeugstufe so zur Presse gelagert, dass während eines maßgeblichen Zeitanteils der Schließbewegung und während eines maßgeblichen Zeitanteils der Aufwärtsbewegung Oberwerkzeug und Unterwerkzeug geschlossen bleiben. Als maßgeblich ist dabei ein Zeitanteil von mehr als je 30 Prozent an der Schließbewegung und/oder an der Aufwärtsbewegung der Presse anzusehen.
  • Weiterhin kann die Umformwerkzeugstufe und bevorzugt auch die zweite Werkzeugstufe durch das elastische Stellglied mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch federgelagert werden. Die elastischen Stellglieder selbst können dabei entweder passiv rein mechanisch wirksam werden, indem sie eine der Pressenkraft entgegenwirkende Kraft auf Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug dauerhaft aufbringen. Zu nennen wären dafür als einfaches Beispiel Spiralfedern oder Federpakete aus anderen mechanischen Federn. Es ist aber auch möglich, dass wenigstens ein elastisches Stellglied aktiv angesteuert wird, um einen während der Pressenbewegung differenzierten Stellkraftverlauf des Stellgliedes einzustellen. Letzteres ermöglicht es, zwischen einem für das Warmumformen hinreichenden Stellkraftniveau und einem für das Zuhalten erforderlichen höheren Stellkraftniveau zu unterscheiden, dabei aber das elastische Stellglied um die damit verbundene Aktuatorik zu schonen. Dadurch kann auch die Haltezeit insgesamt zur Durchführung der raschen Abkühlung und zum Härten des Blechbauteils reduziert werden.
  • Der Transfer des Blechbauteils erfolgt erfindungsgemäß durch ein Transfersystem, umfassend einen linear geführten Transferbalken mit Greifern, in einer Transferzeit von 1 bis 4 Sekunden, bevorzugt in 2 bis 3 Sekunden, zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen. Es ist damit möglich, die Wärmeverluste während der Bewegung des Blechbauteils zwischen den Werkzeugstufen so niedrig wie möglich zu halten und auf komplizierte mehrachsige Handhabungsvorrichtungen idealerweise zu verzichten. Dabei kann vorgesehen werden, dass die Greifer des Transfersystems an das Blechbauteil bereits nah herangeführt werden, bevor die Presse den oberen Umkehrpunkt erreicht hat. Insbesondere können dafür in den Werkzeugstufen Ausnehmungen zur kollisionsfreien Durchführung des Transfersystems beziehungsweise zum Heranführen der Greifer nah an das Blechbauteil vorgesehen werden, so dass das Blechbauteil sofort mit dem Auseinanderführen von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, das heißt nach Ende der Haltezeit, durch das Transfersystem beziehungsweise durch die Greifer der Umformwerkzeugstufe entnommen und weiterbewegt wird.
  • Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders einfache und zuverlässige Weise ein nur abschnittsweise gehärtetes Blechbauteil hergestellt werden. Abschnittsweise bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass das Blechbauteil wenigstens einen ersten Abschnitt mit relativ niedriger Festigkeit und Steckgrenze mit einem Gefüge, welches bevorzugt ungehärtet oder nur in geringem Maße gehärtet ist sowie wenigstens einen zweiten Abschnitt mit hoher Festigkeit Rm und Streckgrenze Rp0,2 aber reduzierter Dehnung A50 aufweist und im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge besitzt. Das bedeutet, dass der erste Abschnitt des Blechbauteils eine Zugfestigkeit zwischen 400 und 800 Megapascal (MPa), insbesondere zwischen 450 und 650 MPa, und überwiegend Ferrit-Perlit-Gefügebestandteile aufweist.
  • Bevorzugt wird in der Umformwerkzeugstufe eine Abkühltemperatur des Blechbauteils eingestellt, die in einem ersten Abschnitt der Blechplatine größer ist als die zur Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitstarttemperatur Ms und die in einem zweiten Abschnitt kleiner ist als Ms, wobei die Blechplatine im ersten Abschnitt insbesondere auf eine Abkühltemperatur von 540 bis 660°C gekühlt wird. Neben der Abkühltemperatur ist es in den zweiten Abschnitten wichtig, auch eine hohe Abkühlrate oberhalb von 25 Kelvin pro Sekunde (K/s), insbesondere oberhalb von 70 K/s einzuhalten, um eine ausreichende Durchhärtung des Gefüges in diesem Abschnitt sicherzustellen. Durch die Abkühlung des ersten Abschnitts der Blechplatine in geringerem Maße und auf eine höhere Temperatur verglichen mit der Abkühlung im zweiten Abschnitt wird erreicht, dass eine Gefügeumwandlung in der Blechplatine vom austenitischen Zustand in Martensit unterbunden wird, gleichzeitig aber eine Gefügeumwandlung von Austenit zu Ferrit und/oder Perlit beginnt.
  • Um im ersten Abschnitt ein besonders dehnbares und zuverlässig rissfrei verformbares, insbesondere deformierbares Bauteil zu erhalten, kann in der zweiten Werkzeugstufe eine Abkühltemperatur des Blechbauteils eingestellt werden, die am Ende der zweiten Haltezeit in dem ersten Abschnitt zwischen 350 bis 500°C beträgt und in dem zweiten Abschnitt kleiner ist als die zur vollständigen Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitfinishtemperatur Mf, wobei das Blechbauteil im zweiten Abschnitt bevorzugt auf kleiner 200°C, insbesondere auf Raumtemperatur, gekühlt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass das Stahlgefüge im ersten Abschnitt genügend Zeit bei einer gegenüber dem ersten Abschnitt deutlich erhöhten Temperatur hat, um die Gefügeumwandlung zu Ferrit und/oder Perlit zu vollziehen, ohne dass Bainit oder gar Martensit in erheblichen Maßen entsteht. Demgegenüber soll durch die Temperierung des zweiten Abschnitts erreicht werden, dass ein vollständig martensitisches Gefüge entsteht, wobei damit eine Zugfestigkeit zwischen 1400 und 2100 MPa, bevorzugt 1450 und 1800 MPa, je nach Stahllegierung, insbesondere je nach Kohlestoff- und Mangangehalt, eingestellt wird.
  • Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das Blechbauteil für eine erste Haltezeit zwischen 2 und 8 Sekunden und für eine zweite Haltezeit zwischen 2 und 10 Sekunden gehalten wird. Es ergibt sich somit bei unveränderter Taktzeit der Presse nahezu eine Verdopplung der verfügbaren Zeitdauer für die Abkühlung der geformten Blechplatine und für die damit einhergehenden Gefügeumwandlungen. Der Unterschied der beiden Haltezeiten ergibt sich vor allem aus der erforderlichen Zeitdauer für das Warmumformen in der Umformwerkzeugstufe.
  • Bevorzugt beträgt die Taktzeit der Presse mit einer Umformwerkzeugstufe und einer zeitlich darauf folgenden zweiten Werkzeugstufe zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt und ihrem unteren Umkehrpunkt zwischen 3 und 11 Sekunden. Dadurch ist es möglich, eine extrem hohe Ausbringungsmenge beziehungsweise einen hohen Durchsatz und damit sehr niedrige Fertigungskosten zu erreichen. In Kombination mit der Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile ergibt sich zudem der Vorteil, dass die Bauteileigenschaften und die Qualität unter dem hohen Produktionstakt nicht leiden. Betont werden sollte dabei, dass die erzeugten Blechbauteile eine hohe Maßhaltigkeit aufweisen, im Gegensatz zu einem einstufigen Warmform- und Presshärteverfahren zur Herstellung abschnittsweiser pressgehärteter Blechbauteile mit beheizten Werkzeugbereichen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Härten erst in einer dritten Werkzeugstufe beendet wird, wobei danach das Blechbauteil vollständig eine Abkühltemperatur unterhalb von 200°C aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Taktzeit der Presse noch einmal reduziert werden kann und am Ende der Presse ein kühles und bei Berührung unkritisches Blechbauteil entnommen werden kann. Ein Restwärmeverzug ist insbesondere durch die Angleichung der Abkühltemperaturen der beiden Abschnitte des Blechbauteils vollständig ausgeschlossen.
  • Bevorzugt beträgt die Taktzeit der Presse mit einer Umformwerkzeugstufe und einer zweiten Werkzeugstufe und einer dritten Werkzeugstufe, mithin bei einem dreistufigen zeitlich aufeinanderfolgenden Prozess, zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt und ihrem unteren Umkehrpunkt zwischen 3 und 9 Sekunden. Um diese niedrige Taktzeit der Presse zu erreichen, ist bevorzugt die Verwendung einer mechanischen Kurbel- oder Exzenterpresse oder einer servoelektrischen Presse vorzusehen, wobei im Falle der mechanischen Presse die Umkehrpunkte dabei ohne wesentliche Unterbrechung der Pressenbewegung durchlaufen werden. Eine Haltezeit durch Pressenstillstand kann so vorteilhafterweise entfallen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Presse zum Herstellen wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils. Die Presse weist mehrere Werkzeugstufen, einen Pressenstößel und einen Pressentisch auf, und wird zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingesetzt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Werkzeugstufe eine wenigstens bereichsweise kühlbare Umformwerkzeugstufe zur Warmumformung von Blechplatinen ist, die ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug umfasst, welche in einem geschlossenen Zustand einen Formhohlraum ausbilden.
  • Zwischen dem Pressentisch und Unterwerkzeug ist wenigstens ein elastisches Stellglied angeordnet, so dass entweder das Unterwerkzeug relativ zum Pressentisch anhebbar ist, und/oder das Oberwerkzeug in einem Abstand relativ zum Pressenstößel druckbeaufschlagbar ist, um den geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe herzustellen, bevor die Presse vollständig geschlossen ist, wobei das Oberwerkzeug sowie das Unterwerkzeug Kühlkanäle aufweisen, wodurch ein Kühlmedium leitbar ist, wobei sich die Kühlkanäle über die gesamte Längserstreckung des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs erstrecken, wobei außerhalb der Umformwerkzeugstufe eine Kühlquelle in Form eines Wärmetauschers vorgesehen ist sowie eine Zu- und Ableitung von den Kühlkanälen zum Wärmetauscher.
  • Der Transfer des Blechbauteils zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen erfolgt erfindungsgemäß durch ein Transfersystem, welches als linear geführter Transferbalken mit Greifern ausgebildet ist.
  • Es ist mit anderen Worten möglich, dass das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug von Pressentisch oder Pressenstößel wenigstens solange beabstandet ist, bis der untere Umkehrpunkt der Presse erreicht wird. Der Abstand ist durch das elastische Stellglied einstellbar und verringert sich während des Warmumformens und bevorzugt auch noch während eines Zeitanteils der Haltezeit im geschlossenen Zustand von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug. Für den Ausgleich der Lage von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug untereinander sowie eventuell vorhandener Unstetigkeiten der Dicke der Blechplatine ist ein einseitig angeordnetes elastisches Stellglied ausreichend. Denkbar ist aber auch, beidseitig, mithin zwischen Oberwerkzeug und Pressenstempel sowie zwischen Unterwerkzeug und Pressentisch, entsprechende Stellglieder vorzusehen. Soll gleichzeitig oder nach dem Warmumformen ein Beschnitt oder ein Lochen in der Umformwerkzeugstufe erfolgen, ist zudem denkbar, auch ein auf einem elastischen Stellglied lagerbares Schneidmittel vorzusehen.
  • Bevorzugt ist durch das elastische Stellglied ein vertikaler Stellweg einstellbar, wobei der Stellweg weniger als der maximale Pressenhubweg zwischen den oberen und unteren Umkehrpunkten der Presse, mindestens jedoch 100 mm beträgt. In Kombination mit der durch den Pressenantrieb vorgegebenen Geschwindigkeit bei der Schließbewegung und bei der Aufwärtsbewegung der Presse ist es somit vorteilhaft möglich, die Haltezeit durch Kontakt zwischen Blechplatine, Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zu verlängern.
  • Weiterhin bevorzugt weist das elastische Stellglied eine Stellkraft auf, die wenigstens über einen Teil eines Stellweges vom oberen Umkehrpunkt zum unteren Umkehrpunkt der Presse ansteigt, insbesondere ist die Stellkraft im geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe wenigstens 20 Prozent größer, wodurch der Kontakt- und Anpressdruck zwischen der Werkzeugstufe und dem Blechbauteil erhöht und damit ein hoher Wärmeübergang beziehungsweise das schnelle Erreichen wenigstens einer gewünschten Abschrecktemperatur des Blechbauteils möglich ist.
  • Um nur abschnittsweise gehärtete Bauteil herzustellen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass zumindest die Umformwerkzeugstufe bereichsweise durch eine Heizquelle beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt eine reduzierte Abkühlgeschwindigkeit in dem Blechbauteil zu bewirken, wobei unbeheizte Bereiche Kühlkanäle zur Durchführung eines Kühlmediums aufweisen. Konkret ist dadurch im unbeheizten Bereich der Werkzeugstufe eine Temperatur nahe der Raumtemperatur, in jedem Fall aber unter 200°C einstellbar. Durch die Heizquelle ist im beheizten Bereich eine Temperatur zwischen 650 und 450°C einstellbar. Somit sind das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug dafür vorgesehen, das geformte Blechbauteil während der Haltezeit mit unterschiedlicher Abkühlrate und dadurch auf verschiedene Abschrecktemperatur abzukühlen beziehungsweise auf diesen Temperaturen zu halten. Wie oben bereits beschrieben, sind damit im Blechbauteil ein erster Abschnitt mit geringerer Zugfestigkeit und wenigstens ein zweiter Abschnitt mit hoher Festigkeit einstellbar.
  • Alternativ oder bevorzugt ergänzend ist es auch möglich, dass sowohl die Umformwerkzeugstufe als auch wenigstens die darauf folgende zweite Werkzeugstufe bereichsweise, insbesondere durch eine Heizquelle, beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt zumindest kein vollständig gehärtetes Blechbauteil zu erhalten. Es ergeben sich dieselben Merkmale und Vorteile wie oben beim Verfahren zur Herstellung nur abschnittsweise gehärteter Blechbauteile zur zweiten Werkzeugstufe bereits ausgeführt wurde.
  • Weiterhin kann der unbeheizte Bereich der zweiten Werkzeugstufe zumindest korrespondierend zu einem Übergangsabschnitt zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt des Blechbauteils eine aktive Kühlquelle aufweisen. Die Kühlquelle dient dazu, einen Wärmeübergang zwischen den unterschlich temperierten Abschnitten der Blechplatine zu reduzieren um so einen möglichst schmalen Übergangsabschnitt zu gewährleisten. Das hat den Vorteil, dass Konstrukteure bei der Auslegung von Blechbauteilen, insbesondere für die Fahrzeugindustrie nur eine kleine Fläche berücksichtigen müssen, denen keine mechanischen Kennwerte direkt zugeordnet beziehungsweise für die keine mechanischen Kennwerte garantiert werden können. Auch ist der sichergestellt, dass der zweite Bereich durchgehend eine homogene Verteilung des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften aufweist. Die Kühlquelle umfasst einen außerhalb der Presse angeordneten Wärmetauscher, der in Wirkverbindung mit dem Kühlmedium und den Kühlkanälen zumindest der Umformwerkzeugstufe steht.
  • Schließlich ist es der erste Abschnitt und der Übergangsabschnitt des Blechbauteils zumindest in der zweiten Werkzeugstufe formschlüssig durch Fixierelemente fixierbar. Im Falle einer dreistufigen Presse mit Umformwerkzeugstufe, zweiter Werkzeugstufe und dritter Werkzeugstufe ist das Blechbauteil bevorzugt auch in der dritten Werkzeugstufe formschlüssig durch Fixierelemente fixierbar. Damit ergibt sich für die erfindungsgemäße Presse eine Vergleichmäßigung der Presskraft in allen Werkzeugstufen und insbesondere wird verhindert, dass Pressentisch und Pressenstößel ungleichmäßig zueinander ausgerichtet sind.
  • Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse im Querschnitt,
    Figur 2a und 2b
    eine zweite Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe der erfindungsgemäßen Presse im Querschnitt und Längsschnitt,
    Figur 3
    eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse im Längsschnitt,
    Figur 4a und 4b
    ein Ablaufschema für erfindungsgemäßes Verfahren anhand eines Längsschnitts durch die Umformwerkzeugstufe zu verschiedenen Zeitpunkten des Pressentaktes,
    Figur 5
    eine Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile,
    Figur 6
    eine alternative Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile im Längsschnitt,
    Figur 7a und 7b
    eine alternative Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 7a) im Längsschnitt und 7b) im Horizontalschnitt,
    Figur 8a und 8b
    eine alternative Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 8a) im Längsschnitt und 8b) im Horizontalschnitt,
    Figur 9a
    einen Zeit-Temperatur-Verlauf der Blechplatine für das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweistufigen Presse und separater Kühlstufe und
    Figur 9b
    einen Zeit-Temperatur-Verlauf der Blechplatine für das erfindungsgemäße Verfahren in einer dreistufigen Presse.
  • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Presse 1 mit zwei Werkzeugstufen, der Umformwerkzeugstufe 2 sowie einer zweiten Werkzeugstufe 3. Eine zunächst ungeformte Blechplatine 26 durchläuft zur Umformung in ein Blechbauteil 27 zunächst die Umformwerkzeugstufe 2 und dann die zweite Werkzeugstufe 3. Die Presse 1 weist einen Pressenstößel 6 sowie einen Pressentisch 5 auf, wobei auf dem Pressentisch 5 zwei Spannplatten 10 angeordnet sind. Jede Spannplatte 10 weist weiterhin mehrere elastische Stellglieder 7 auf, welche sich von der Spannplatte 10 in Richtung Pressenstößel 6 erstrecken, wobei an den dem Pressentisch 5 abgewandten Enden des Pressenstößels 6 eine Werkzeugspannplatte 9 festgelegt ist. Die Spannplatten 10 sind jeweils über Spannelemente 31 am Pressentisch 5 festgelegt. Zudem sind die Werkzeugspannplatten 9 an den dem Pressentisch 5 abgewandten Enden der Stellglieder 7 festgelegt.
  • An den Werkzeugspannplatten 9 ist über Spannelemente 31' je ein Unterwerkzeug 12 festgelegt, welche die Umformwerkzeugstufe 2 sowie die zweite Werkzeugstufe 3 umfasst. Korrespondierend zum Unterwerkzeug 12 ist an dem Pressenstößel 6 ein Oberwerkzeug 11 festgelegt, wobei zwischen Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 eine Blechplatine 26 anordenbar ist. Sowohl Oberwerkzeug 11 als auch Unterwerkzeug 12 weisen Kühlkanäle 17 auf, wodurch ein Kühlmedium 18 leitbar ist. Weiterhin weist das Unterwerkzeug 12 Führungselemente 32' auf, welche in korrespondierende Führungsausnehmung 32 einführbar gestaltet sind. Die Führungselemente 32' und Führungsausnehmungen 32 sind korrespondierend zueinander ausgebildet und erlauben die Führung des Oberwerkzeugs 12 und des Unterwerkzeug 11 zueinander. In Folge der durch die elastischen Stellglieder 7 schwimmenden Lagerung der Unterwerkzeuge 12 sind mittels der Führungselemente 21 und Führungsausnehmungen 32 eventuell auftretende Lageabweichungen zu den Oberwerkzeugen 11 quer zur Pressenbewegung ausgleichbar. Die elastischen Stellglieder 7 sind in Figur 1 ausgeführt als pneumatische Federpakete, d.h. es handelt sich um mit Gasdruck beaufschlagbare Stellglieder 7, welche aktiv ansteuerbar sind. Hier dargestellt ist der Zustand der Presse im oberen Umkehrpunkt OP, wobei zu erkennen ist, dass die elastischen Stellglieder 7 das Unterwerkzeug 12 relativ zum Pressentisch 5 anheben, wodurch der Weg der Schließbewegung Y der Umformwerkzeugstufe 2 und der zweiten Werkzeugstufe 3 kürzer ist als der Pressenhubweg zwischen oberem Umkehrpunkt OP und unterem Umkehrpunkt UP der Presse 1.
  • Figur 2a zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse 1, wobei die Presse 1 zwei Werkzeugstufen, hier jedoch im Längsschnitt dargestellt nur die doppeltfallende Umformwerkzeugstufe 2, aufweist. Hinter der Umformwerkzeugstufe 2 ist nicht dargestellt, die zweite ebenfalls doppeltfallende Werkzeugstufe 3 angeordnet, welche die bereits in der Umformwerkzeugstufe 2 warmgeformten Blechplatinen 26 aufnehmen und weiter abkühlen. Der Begriff doppeltfallend bedeutet, dass in der Werkzeugstufe zwei Bauteile gleichzeitig im Pressentakt warmformbar und abkühlbar sind. Im Unterschied zur Ausführungsvariante der Figur 1 sind zudem als elastisches Stellglied 7 mechanische Federpakete 8 ausgebildet, hier als eine Vielzahl von Spiralfedern.
  • Weiterhin weist die Presse 1 in der zweiten Ausführungsvariante zusätzliche Schneidmittel 33 am Oberwerkzeug 11 und Schneidmittel 33 am Unterwerkzeug 12 auf, welche dazu dienen, die umgeformte Blechplatine beziehungsweise das Blechbauteil 27 im noch warmen und ungehärteten Zustand zu beschneiden. Insbesondere wird hier ein Randbeschnitt durchgeführt, wobei exemplarisch gezeigt die oberen Schneidmittel 33' über elastische Stellglieder 34 am Oberwerkzeug 11 festgelegt sind. Die elastischen Stellglieder 34 können ähnlich wie die Stellglieder 7 aktiv oder passiv wirksam sein. Die unteren Schneidmittel 33 sind dagegen fest und unbeweglich mit dem Unterwerkzeug 12 verbunden. Eine umgekehrte Anbindung der Schneidmittel 33, 33' an der Umformwerkzeugstufe 2 ist jedoch auch möglich. In der Bildebene links exemplarisch gezeigt wird, dass die Schneidmittel 33 an Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 fest aber austauschbar angebunden sind. Selbstverständlich kann in der Praxis die gleiche Art der Anbindung für beide, sowohl für die rechten als auch für die linken Hälften der Umformwerkzeugstufe 2 ausgeführt sein.
  • Figur 2b zeigt eine Querschnittdarstellung der zweiten Ausführungsvariante der Presse 1 durch die Umformwerkzeugstufe 2, die hier wiederum auf dem mechanischen Federpaket 8 relativbeweglich zum Pressentisch 5 angeordnet ist. Erkennbar ist hier, dass die Kühlkanäle 17 sich über die gesamte Längserstreckung des Oberwerkzeugs 11 und das Unterwerkzeug 12 erstrecken, wobei (hier nicht dargestellt) eine Zu- und Ableitung der Kühlkanäle 17 zu einer Kühlquelle 19, die sich beispielsweise in Form eines Wärmetauschers außerhalb der Umformwerkzeugstufe 2, bevorzugt auch außerhalb der Presse 1, befindet.
  • Die Figur 3 zeigt in einem Längsschnitt eine alternative Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse 1 mit einer Umformwerkzeugstufe 2 und einer zeitlich im Verfahren darauf folgenden zweiten Werkzeugstufe 3. Zu erkennen ist, dass auf einem gemeinsamen Pressentisch 5 über eine Spannplatte 10 elastische Stellglieder 7 in Form mechanischer Federpakete 8 angeordnet sind. Die vom Pressentisch 5 abgewandten Enden der elastischen Stellglieder 7 sind koppelbar mit einer Werkzeugspannplatte 9, welche wiederum mit dem Unterwerkzeug 12 verbunden oder integraler Bestandteil des Unterwerkzeugs 12 ist. Wie in den vorherigen Ausführungsvarianten weisen sowohl Oberwerkzeug 11 als auch Unterwerkzeug 12 Kühlkanäle 17 zur Durchleitung eines Kühlmediums 18 auf.
  • Figur 4a zeigt anhand verschiedener Zeitpunkte des Pressentaktes die jeweilige Betriebsstellung der Presse 1 sowie der zugehörigen Umformwerkzeugstufe 2. In der Bildmitte links dargestellt ist die Presse im oberen Umkehrpunkt OP, rechts zum Zeitpunkt, wo die Umformwerkzeugstufe 2 gerade die Blechplatine 26 vollständig im Formhohlraum 13 zwischen dem Oberwerkzeug 11 und dem Unterwerkzeug 12 einschließt und die Warmumformung stattfindet. Das Unterwerkzeug 12 ist durch die elastischen Stellglieder 7 zu diesem Zeitpunkt noch vollständig angehoben. Die Schließbewegung Y der Presse 1 wird kontinuierlich fortgesetzt. Der Stellweg W7 ist der Anteil am Pressenhubweg, den ausgehend vom oberen Umkehrpunkt UP der Presse das Oberwerkzeug 11 und das Unterwerkzeug 12 aufeinander zu bewegt werden, bis die Umformwerkzeugstufe 2 vollständig unter Ausbildung eines Formhohlraums 13 geschlossen ist.
  • In Figur 4b ist wiederum links der Zeitpunkt dargestellt, in welchem die Presse 1 sich im oberen Umkehrpunkt OP befindet, jedoch wird rechts die Presse 1 nun dargestellt zum Zeitpunkt, in welchem gerade der untere Umkehrpunkt UP durchfahren wird beziehungsweise der durch die Stellglieder 7 einstellbare Abstand A zwischen Unterwerkzeug 12 und Pressentisch 5 minimal ist. Der Pressenhubweg W1 ist die Strecke, welche die Presse 1 vom ihrem oberen Umkehrpunkt OP zum ihrem unteren Umkehrpunkt UP zurücklegt.
  • Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe 2 der erfindungsgemäßen Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27. Die Umformwerkzeugstufe 2 umfasst ein Oberwerkzeug 11 und ein Unterwerkzeug 12, welche jeweils einen unbeheizten Bereich 22 und einen beheizten Bereich 21 aufweisen. Durch den unbeheizten Bereich 22 verlaufen Kühlkanäle 17 zur Durchleitung eines Kühlmediums 18, wobei die Kühlkanäle 17 derart verbunden sind, dass das Kühlmedium 18 aus der Umformwerkzeugstufe 2 nach draußen in einer nicht dargestellten Kühlquelle zugeführt werden kann, beispielsweise einem Wärmetauscher. Die beheizten Bereiche 21 sind in dieser Ausführungsvariante als Formeinsätze 15 ausgebildet und mit den unbeheizten Bereichen 22 fest aber auswechselbar verbunden. Als Heizquelle 14 dienen hier durch Gasbrenner oder elektrischen Widerstand erwärmte Heizpatronen. Die Umformwerkzeugstufe 2 ist über die Spannplatte 10 am Pressenstößel 6 sowie zusätzlich über die Werkzeugspannplatte 9 und elastische Stellglieder 7 am Pressentisch 5 beziehungsweise an der daran festgelegten Spannplatte 10 koppelbar.
  • Im Unterschied zur vorgenannten Ausführungsvariante in Figur 5 sind in Figur 6 ein segmentiertes Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 ausgebildet zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile. Ein beheizter Bereich 21 ist als ein separates Formsegment 16 durch eine Isolierung 20 getrennt vom unbeheizten Bereich 22 im Oberwerkzeug 11 und im Unterwerkzeug 12 angeordnet. Dies dient der energieeffizienteren Ausnutzung der Heizquellen 14 und Kühlquellen. Nach der Werkzeugschließzeit t2 und ersten Haltezeit t2' in der Umformwerkzeugstufe 2 stellt sich in dem Blechbauteil ein Temperaturprofil mit einem ersten Abschnitt mit relativ hoher Temperatur und einem zweiten Abschnitt mit niedrigerer Temperatur ein. Die Gefügeumwandlung in Martensit im zweiten Abschnitt sowie in Ferrit und/oder Perlit im ersten Abschnitt wird dadurch vorbereitet. Zwischen erstem und zweitem Abschnitt existiert ein schmaler Übergangsabschnitt 30 mit später relativ unbestimmten mechanischen Eigenschaften.
  • Selbstverständlich ist es möglich, mehr als einen beheizten Bereich 21 in der Umformwerkzeugstufe 2, wie auch in der zweiten Werkzeugstufe 3 vorzusehen.
  • Schließlich ist in den Figuren 7a und 7b eine weitere Ausführungsvariante der gesamten Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27 dargestellt. Zunächst wird in Figur 7a ein Längsschnitt durch die Presse 1 gezeigt. Sie umfasst die Umformwerkzeugstufe 2 gemäß Figur 6 sowie eine zweite, bereichsweise beheizte Werkzeugstufe 3 mit Fixierelementen 24 zur insbesondere formschlüssigen Aufnahme des Blechbauteils (nicht gezeigt) und durch Heizquellen 14 beheizte Bereiche 21 in Form eines weiteren Formsegments 16. Das Formsegment 16 kann in der Umformwerkzeugstufe 2 identisch ausgebildet sein, oder aber zumindest hinsichtlich des Werkstoffs, der Werkstoffgüte, der Wärmekapazität oder der Temperaturbeständigkeit stärker beziehungsweise robuster ausgelegt sein als in der zweiten Werkzeugstufe 3.
  • Weiterhin sind gestrichelt angedeutet ein Transferbalken 25 sowie in der Umformwerkzeugstufe 2 Greiferausnehmungen 25', die dazu dienen, dass beim Entfernen des Blechbauteils 27 Greifer (nicht dargestellt), die mit dem Transferbalken 25 verbunden sind, so frühzeitig wie möglich an das Blechbauteil annäherbar sind, ohne mit dem Unterwerkzeug 12 während der Aufwärtsbewegung Z zu kollidieren.
  • Der zweiten Werkzeugstufe 3 folgt zeitlich betrachtet eine weitere Werkzeugstufe 4, die hier primär der weiteren Abkühlung des Blechbauteils dient. Sie weist wie der unbeheizte Bereich 23 der zweiten Werkzeugstufe 3 Fixierelemente 24 auf, wodurch das Blechbauteil zur weiteren Kühlung lagegenau fixierbar ist. Die Abkühlung selbst kann durch nicht dargestellte Kühlquellen beispielsweise durch Luftventilation, Luft- oder Kühlmediumdusche oder auch durch Eintauchen gemäß Deutschem Patent DE 10 2005 028 010 B3 erfolgen, indem ein Teil der dritten Werkzeugstufe 4 mit dem Blechbauteil 27 in Kühlmedium eintauchbar ist.
  • Wie Figur 7b verdeutlicht, ist in dieser Ausführungsvariante jede Werkzeugstufe doppeltfallend ausgebildet und weist zwei Werkzeuge jeweils in der Umformwerkzeugstufe 2, der zweiten Werkzeugstufe 3 und der dritten Werkzeugstufe 4 auf. Nicht dargestellt ist der Transferbalken zum Transport der Blechplatine beziehungsweise des Blechbauteils in die Werkzeugstufen 2, 3, 4 hinein beziehungsweise aus diesen heraus. Angedeutet ist eine Erwärmungseinrichtung 35, worin die Blechplatinen 26 wenigsten abschnittsweise auf Ac3-Temperatur erwärmt werden.
  • In den Figuren 8a und 8b ist eine alternative Ausführungsvariante der gesamten Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27 dargestellt, in Figur 8a als Längsschnitt und in Figur 8b als Horizontalschnitt durch die Unterwerkzeuge 12. Im Unterschied zu Figur 7 ist hier die dritte Werkzeugstufe 4' separat in einer anderen Presse 36 angeordnet, was den Vorteil hat, dass die finale Abkühlung vom hohen Pressentakt entkoppelbar ist und in der Presse 1 mehr Platz für die Umformwerkzeugstufe 2 und zweite Werkzeugstufe 3 verbleibt. Exemplarisch sind hier eine dreifachfallende Umformwerkzeugstufe 2 sowie eine dreifachfallendes zweite Werkzeugstufe 3 sowie eine Erwärmungseinrichtung 35 vor der Presse 1 dargestellt.
  • In der dritten Werkzeugstufe 4' ist eines der hergestellten Blechbauteile 27 dargestellt, wobei der erste Abschnitt 28 und der zweite Abschnitt 29 sowie der Übergangsabschnitt 30 zu erkennen sind mit oben beschriebenen unterschiedlichen, dem Bauteileinsatz angepassten mechanischen Eigenschaften und unterschiedlicher Gefügestruktur. Selbstverständlich lässt sich das Blechbauteil 27 wie hier dargestellt auch in der Ausführungsvariante gemäß Figur 7 dergestalt herstellen.
  • Schließlich zeigt die Figuren 9a und 9b den letzten zwei Ausführungsvarianten zugeordnete Zeit-Temperatur-Verläufe der Blechplatine 26 beziehungsweise Blechbauteile 27 während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausgehend von einer wenigstens bereichsweise auf Austenitisierungstemperatur Ac3 erwärmten Blechplatine 26 erfolgt ein Transfer innerhalb 2 Sekunden aus der Erwärmungseinrichtung 35 in die Umformwerkzeugstufe 2 der Presse 1. Dann beginnt die Schließbewegung der Presse und des Werkzeugs bis die Umformwerkzeugstufe 2 vollständig geschlossen und die Blechplatine 26 zum Blechbauteil 27 warmumgeformt ist. Sodann beginnt die erste Haltezeit t2' zur Abkühlung des Blechbauteils während die Presse 1den unteren Umkehrpunkt UP durchführt und die Aufwärtsbewegung einsetzt. Während der Aufwärtsbewegung wird die Umformwerkzeugstufe 2 verzögert geöffnet, wobei sich das Blechbauteil 27 durch die unterschiedlichen Temperaturen und/oder Werkzeugwerkstoffeigenschaften auf verschiedene Abkühltemperaturen T1.1 und T1.2 abgekühlt hat. Es folgt ein weiterer Transfer innerhalb der Transferzeit t3 von der Umformwerkzeugstufe 2 in die zweite Werkzeugstufe 3. Danach wird das Blechbauteil 27 weiter abgekühlt, während die zweite Werkzeugstufe 3 geschlossen wird und das Bauteil 27 lagefixiert gehalten wird. Der Temperaturunterschied zwischen der Abkühltemperatur T2.1 und T2.2 in den Abschnitten 28, 29 des Blechbauteils 27 wird wiederum durch unterschiedliche Abkühlraten durch die beheizten und unbeheizten Bereiche 21, 23 der zweiten Werkzeugstufe 3 (Figur 8b) eingestellt.
  • Anschließend folgt der Transfer innerhalb der Transferzeit t5 des Blechbauteils 27 in die dritte Werkzeugstufe 4, 4', wobei sich hier nun die Figuren 9a und 9b unterscheiden. Figur 9a korrespondiert mit der Ausführungsvariante der Presse gemäß Figur 8 und Figur 9b mit der Ausführungsvariante gemäß der Figur 7a und 7b. Zu erkennen ist, dass die Abkühlung bei der Abkühlzeit t6 in Figur 9a länger andauert als in Figur 9b, da letzter Prozess taktzeitgebunden mit der Presse 1 stattfindet. Die Abkühltemperatur T3.1 und T3.2 hat sich dabei stark angenähert und beträgt in beiden Abschnitten unter 200 °C.
    • Bezugszeichen:
    • 1 - Presse
    • 2 - Umformwerkzeugstufe
    • 3 - Zweite Werkzeugstufe
    • 4, 4' - Weitere Werkzeugstufe
    • 5 - Pressentisch
    • 6 - Pressenstößel
    • 7 - Stellglied
    • 8 - Mechanische Federpaket
    • 9 - Werkzeugspannplatte
    • 10- 10 Spannplatte
    • 11 - Oberwerkzeug
    • 12 - Unterwerkzeug
    • 13 - Formhohlraum
    • 14 - Heizquelle
    • 15 - Formeinsatz
    • 16 - Formsegment
    • 17 - Kühlkanal
    • 18 - Kühlmedium
    • 19 - Kühlquelle
    • 20 - Isolierung
    • 21 - Beheizter Bereich
    • 22 - Unbeheizte Bereich zu 2
    • 23 - Unbeheizte Bereich zu 3
    • 24 - Fixierelement
    • 25 - Transferbalken
    • 25' - Greiferausnehmung
    • 26 - Blechplatine
    • 27 - Blechbauteil
    • 28 - Erster Abschnitt zu 27
    • 29 - Zweiter Abschnitt zu 27
    • 30 - Übergangsabschnitt zu 27
    • 31 - Spannelement
    • 32 - Führungsausnehmung
    • 32' - Führungselement
    • 33,33' - Schneidmittel
    • 34 - Stellglied
    • 35 - Erwärmungseinrichtung
    • 36 - Presse
    • D - Dicke zu 27
    • A - Pressenhubweg
    • W7 -Stellweg
    • t1 - Transferzeit
    • t2 - Werkzeugschließzeit
    • t2' -erste Haltezeit
    • t3 - Transferzeit
    • t4 - Werkzeugschließzeit
    • t4' -zweite Haltezeit
    • t5 - Transferzeit
    • t6 -Abkühlzeit
    • A - Abstand
    • Ac3 -Austenitisierungstemperatur
    • Ms - Martensitstarttemperatur
    • Mf - Martensitfinishtemperatur
    • OP - Obererer Umkehrpunkt
    • UP - Unterer Umkehrpunkt
    • RT - Raumtemperatur
    • T1.1 - Abkühltemperatur
    • T1.2 - Abkühltemperatur
    • T2.1 - Abkühltemperatur
    • T2.2 - Abkühltemperatur
    • T3.1 - Abkühltemperatur
    • T3.2 - Abkühltemperatur
    • Y -Schließbewegung
    • Z- Aufwärtsbewegung

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) in einer Presse (1), die einen Pressentisch (5), einen Pressenstößel (6) und mehrere Werkzeugstufen (2; 3; 4) umfasst, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - wenigstens abschnittsweises Erwärmen einer Blechplatine (26) auf eine Temperatur von größer als die Austenitisierungstemperatur Ac3,
    - Einlegen der erwärmten Blechplatine (26) in eine erste Umformwerkzeugstufe (2) der Presse (1),
    - Warmumformen der Blechplatine (26) zum Blechbauteil (27) in der Umformwerkzeugstufe (2), wobei dabei die Presse (1) eine Schließbewegung ausführt,
    - Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) für eine erste Haltezeit (t2'),
    - Abkühlen der umgeformten Blechplatine (26) während der ersten Haltezeit und
    - Transfer der umgeformten Blechplatine (26; 27) in eine zweite Werkzeugstufe (3), wobei das Blechbauteil (27) durch ein Transfersystem, als linear geführten Transferbalken (25) mit Greifern, in einer Transferzeit (t3, t5) von 1 bis 4 Sekunden zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen (2; 3; 4) befördert wird,
    - Wenigstens abschnittsweises Härten der Blechplatine (26) durch Abkühlen in der zweiten Werkzeugstufe (3) innerhalb wenigstens einer zweiten Haltezeit (t4'),
    wobei die Umformwerkzeugstufe (2) während der Schließbewegung von einem oberen Umkehrpunkt (OP) zu einem unteren Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) durch wenigstens ein elastisches Stellglied (7) relativ zur Presse (1) bewegt wird, so dass das Warmumformen beendet wird und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse (1) den unteren Umkehrpunkt (UP) erreicht und/oder dass das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) durch ein elastisches Stellglied (7) erst während der Aufwärtsbewegung der Presse (1) beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) vollständig durchfahren wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformwerkzeugstufe (2) ein Randbeschnitt und/oder eine Lochung durchgeführt wird, insbesondere bevor die Presse (1) vollständig geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeugstufe (3) wenigstens bereichsweise während der Schließbewegung der Presse (1) durch wenigstens ein elastisches Stellglied (7) relativ zur Presse (1) bewegt wird, so dass das Zuhalten beginnt, bevor die Presse (1) den unteren Umkehrpunkt (UP) erreicht und/oder dass das Zuhalten der zweiten Werkzeugstufe (3) wenigstens abschnittsweise durch ein elastisches Stellglied (7) erst während der Aufwärtsbewegung der Presse (1) beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) vollständig durchfahren wurde.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformwerkzeugstufe (2) und bevorzugt auch die zweite Werkzeugstufe (3) durch das elastische Stellglied (7) mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch federgelagert wird.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (27) in einer Transferzeit (t3, t5) von 2 bis 3 Sekunden zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen (2; 3; 4) befördert wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformwerkzeugstufe (2) eine Abkühltemperatur (T1.1; T1.2) des Blechbauteils (27) eingestellt wird, die in einem ersten Abschnitt (28) größer ist als die zur Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitstarttemperatur Ms, und die in einem zweiten Abschnitt (29) kleiner ist als Ms, wobei das Blechbauteil (27) im ersten Abschnitt (28) insbesondere auf eine Abkühltemperatur (T2.1) von 540 bis 660°C gekühlt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Werkzeugstufe (3) eine Abkühltemperatur (T2) des Blechbauteils (27) eingestellt wird, die am Ende der zweiten Haltezeit (t4') in dem ersten Abschnitt (28) zwischen 350 bis 500°C beträgt und in dem zweiten Abschnitt (29) kleiner ist als die zur vollständigen Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitfinishtemperatur Mf, wobei das Blechbauteil (27) im zweiten Abschnitt (29) bevorzugt auf kleiner 200°C, insbesondere auf Raumtemperatur (RT) gekühlt wird.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (27) für eine erste Haltezeit zwischen 2 und 8 Sekunden und für eine zweite Haltezeit (t4') zwischen 2 und 10 Sekunden gehalten wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit der Presse (1) mit einer Umformwerkzeugstufe (2) und einer zweiten Werkzeugstufe (3) zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt (OP) und ihrem unteren Umkehrpunkt (UP) zwischen 3 und 11 Sekunden beträgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten erst in einer dritten Werkzeugstufe beendet wird, wobei danach das Blechbauteil vollständig eine Abkühltemperatur (T3.1, T3.1) unterhalb von 200°C aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit der Presse (1) mit einer Umformwerkzeugstufe (2) und einer zweiten Werkzeugstufe (3) und einer dritten Werkzeugstufe (4) zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt (OP) und ihrem unteren Umkehrpunkt (UP) zwischen 3 und 9 Sekunden beträgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer des Transfersystems an das Blechbauteil bereits nah herangeführt werden, bevor die Presse den oberen Umkehrpunkt erreicht hat.
  13. Presse (1) zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) mit mehreren Werkzeugstufen (2; 3; 4), einen Pressenstößel (6) und einen Pressentisch (5), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenigstens eine Werkzeugstufe (2, 3, 4) eine wenigstens bereichsweise kühlbare Umformwerkzeugstufe (2) zur Warmumformung von Blechplatinen (26) ist, die ein Oberwerkzeug (11) und ein Unterwerkzeug (12) umfasst, welche in einem geschlossenen Zustand einen Formhohlraum (13) ausbilden, wobei zwischen Pressentisch (5) und Unterwerkzeug (12) wenigstens ein elastisches Stellglied (7) angeordnet ist, so dass entweder das Unterwerkzeug (12) relativ zum Pressentisch (5) anhebbar ist, und/oder das Oberwerkzeug (11) in einem Abstand (A) relativ zum Pressenstößel (6) druckbeaufschlagbar ist, um den geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe (2) herzustellen, bevor die Presse (1) vollständig geschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug der Umformwerkzeugstufe Kühlkanäle zur Durchleitung eines Kühlmediums aufweisen und sich die Kühlkanäle über die gesamte Längserstreckung des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs erstrecken, wobei außerhalb der Umformwerkzeugstufe eine Kühlquelle in Form eines Wärmetauschers vorgesehen ist sowie eine Zu- und Ableitung von den Kühlkanälen zum Wärmetauscher, wobei der Presse weiterhin ein Transfersystem zugeordnet ist, welches als linear geführter Transferbalken (25) mit Greifern ausgebildet ist, um das Blechbauteil (27) zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen (2; 3; 4) der Presse (1) zu befördern.
  14. Presse (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elastische Stellglied (7) ein vertikaler Stellweg (W7) einstellbar ist, wobei der Stellweg (W7) weniger als der maximale Pressenhubweg (W1) zwischen den oberen und unteren Umkehrpunkten (OP, UP) der Presse (1), mindestens jedoch 100mm beträgt.
  15. Presse (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Stellglied (7) eine Stellkraft aufweist, die wenigstens über einen Teil eines Stellweges (W7) vom oberen Umkehrpunkt (OP) zum unteren Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) ansteigt, insbesondere ist die Stellkraft im geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe (2) wenigstens 20 Prozent größer.
  16. Presse (1) zum Herstellen eines abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Umformwerkzeugstufe (2) bereichsweise durch eine Heizquelle (14) beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt (28) eine reduzierte Abkühlgeschwindigkeit in dem Blechbauteil (27) zu bewirken, wobei unbeheizte Bereiche (22) Kühlkanäle (17) zur Durchführung eines Kühlmediums (18) aufweisen.
  17. Presse (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Umformwerkzeugstufe (2) als auch wenigstens die darauf folgende zweite Werkzeugstufe (3) bereichsweise, insbesondere durch eine Heizquelle (14) beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt (28) zumindest kein vollständig gehärtetes Blechbauteil (27) zu erhalten.
  18. Presse (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeheizte Bereich (22) der zweiten Werkzeugstufe (3) zumindest korrespondierend zu einem Übergangsabschnitt (30) zwischen erstem Abschnitt (28) und zweitem Abschnitt (29) des Blechbauteils (27) eine aktive Kühlquelle (19) aufweist.
  19. Presse (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (28) und der Übergangsabschnitt (30) des Blechbauteils (27) zumindest in der zweiten Werkzeugstufe (3) formschlüssig durch Fixierelemente (24) fixierbar ist.
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