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WO2005018845A1 - Verfahren zur herstellung von metallhaltigen bauteilen und walzprofilieranlage zum profilieren von metallhaltigen bauteilen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von metallhaltigen bauteilen und walzprofilieranlage zum profilieren von metallhaltigen bauteilen Download PDF

Info

Publication number
WO2005018845A1
WO2005018845A1 PCT/EP2004/009213 EP2004009213W WO2005018845A1 WO 2005018845 A1 WO2005018845 A1 WO 2005018845A1 EP 2004009213 W EP2004009213 W EP 2004009213W WO 2005018845 A1 WO2005018845 A1 WO 2005018845A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
roll
forming
metal
profiling
components
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/009213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Adelmann
Alexander Egidi
Karl-Heinz FÜLLER
Günter Rostek
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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
Priority claimed from DE10342540A external-priority patent/DE10342540A1/de
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2005018845A1 publication Critical patent/WO2005018845A1/de

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
    • B21D5/10—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes
    • B21D5/12—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes making use of forming-rollers
    • 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
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Definitions

  • the invention relates to a method for producing metal-containing components according to the preamble of patent claim 1 and to a roll profiling system for profiling metal-containing components according to the preamble of patent claim 8.
  • a method for partial roll profiling with an upstream or integrated cutting device for separating, in particular punching, elongated starting materials and producing a change in cross section of the hollow component profile by trimming is known from the publication DE 197 49 902 AI.
  • the hollow component profile has an interrupted component surface with reduced torsional and bending rigidity. Because of the reduced stiffness of the component produced by means of this separation process, this process proves to be unsuitable for structural and safety components. Furthermore, the processing by punching high-strength steels leads to increased wear of the punching tool, which leads to increased tool costs and set-up times and makes the machining process uneconomical.
  • the processing of the rolled profile by means of cutting, in particular laser cutting proves to be disadvantageous for safety components, since inevitable structural changes occur in the highly stressed edge region of the profile during laser cutting, which have a negative effect on the component strength under vibrating stress.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for creating dimensionally stable components and of providing a device for profiling particularly stable components.
  • the solution according to the invention is provided by a method for producing metal-containing components, in particular of vehicle support structures, in which a metal-containing starting material is fed to a roll profiling system and roll profiled to a roll profile, wherein during roll profiling, forming takes place in such a way that the roll profile cross section is changed by means of the forming.
  • a major advantage of the method according to the invention is the production of components with a rolled profile cross section that changes over the length, height and / or width by means of continuous or discontinuous roll profiling and by means of integrated forming.
  • a cross-sectional change is introduced by reshaping, so that a reduction in the torsional and bending rigidity compared to a component produced by cutting is avoided.
  • the method according to the invention enables the production of components with very good structural properties in the highly stressed edge area of the component cross section, which have a positive effect on the component strength under vibrating stress.
  • the structural and safety components are thin-walled column structures made of sheet steel, longitudinal and cross profiles, such as side impact beams, bumpers, column reinforcements, longitudinal and cross beams, floor assembly and roof frame. These are characterized by a high degree of dimensional accuracy and lower tolerances, which ensure better integration by joining, in particular by laser welding, such as welding a floor assembly to a side member.
  • body structures for example support structures
  • support structures often have to be installed, in particular to adapt to the welded joint, be adjusted in cross-section so that they do not have a constant cross-section over their longitudinal course.
  • support structures are produced in such a way that the rolled profile cross section is changed.
  • An essential advantage of the method according to the invention in comparison to the components made from elongated profiles, in particular by means of conventional deep drawing, is essentially the better dimensional accuracy during the production of elongated components.
  • the process steps of roll profiling, forming and roll profiling are carried out in succession.
  • Roll forming is the conventional cold forming process such as Die or swivel bending, clearly superior due to the short production times.
  • the production times are significantly reduced both by the high output quantity per time and by the low tool costs compared to deep drawing. For this reason, the process is highly economical in the area of medium to large batch sizes.
  • the metal-containing starting material is preferably first straightened and then marked before it is then fed to the roll forming process and then deformed by a shaping process and then roll profiled again, means that roll forming with the integrated shaping means that a component with above it Longitudinal profile changed rolled profile cross-section can be produced, which is precisely adapted to the later use.
  • the production of the rolled profile and the production of the modified rolled profile cross section takes place in one working step. time-saving process without intermediate storage and the associated logistics costs.
  • a major advantage of the method according to the invention is that the successive method steps can be carried out in a compact device which has proven to be particularly economical.
  • the roll forming system with the forming device is controlled in discontinuous operation.
  • One advantage of this embodiment is the attachment of complex rolled profile cross-section variations to the component areas provided for this purpose with different component lengths.
  • the roll forming system is controlled in such a way that the component area to be modified is formed in the forming device.
  • the roll profiling system is preferably stopped for one to two seconds, the rolled profile is formed and the further roll profiling then takes place.
  • the integration of the forming process into the roll forming process has proven to be advantageous, the roll forming process being carried out conventionally or as a flexible roll profiling process.
  • the rolled profile is cold formed in order to change the cross section.
  • Such an embodiment of the method according to the invention has the essential advantage over conventional hot forming, in particular over tempering with subsequent roll profiling, that on the one hand lower process costs are caused and on the other hand there is an increased residual plastic strain due to a more ductile material condition.
  • Component manufactured according to the method compared to the components produced by means of conventional hot forming, a higher dimensional accuracy, whereby a calibration of the components to be carried out in the cold state is not necessary.
  • supports or A-, B-, C- or D-pillar structures in motor vehicle construction have to be manufactured with high quality and thus high dimensional accuracy in large numbers.
  • beads are formed during forming and / or formed under tension and / or pressure, in particular deep-drawn and / or stretch-drawn.
  • the method according to the invention proves to be particularly advantageous in that, after the first roll profiling and before the further roll profiler, metal-containing starting materials, in particular high-strength steels, can be deep-drawn without negative effects on the mechanical properties of the component to be formed.
  • the method according to the invention thus ensures that it is formed into complex, particularly dimensionally stable components.
  • components with changed final dimensions can be produced by stretch drawing, which have complex cross-sectional changes in the desired component areas and additionally reduced wall thicknesses over a constant profile cross section.
  • stretch drawing which have complex cross-sectional changes in the desired component areas and additionally reduced wall thicknesses over a constant profile cross section.
  • the combination of stretch drawing with deep drawing allows large-area, asymmetrical components to be produced.
  • components are produced by means of beads which are preferably integrated in the roll forming process and which have both variable cross-sectional changes and geometrically shaped stiffeners (beads) in the desired component areas.
  • Such an embodiment of the method according to the invention has the further advantage that the component areas processed by means of deep drawing and / or stretch drawing and / or beads cannot be reshaped in a single step, but in steps, in order to set a deformable structural state over the cross section of the component.
  • the rolled profile is limited locally and thus spatially by means of a shaping device, i.e. not formed over the entire length of the component.
  • the method is based on the fact that, for example, the locally limited reshaping enables elongated components with a reduced sheet thickness to be produced in zones with lower loads and with a possibly slightly increased sheet thickness in zones with high loads.
  • the method according to the invention makes it possible, depending on the requirements of the installation location, to provide a functional cross section for desired components.
  • the local forming of the rolled profile takes place exactly in the desired component area, so that "tailor-made components" can be produced.
  • the advantage of the method according to the invention is also that by means of the local, locally limited forming
  • Components such as side member, cross member and column structures, that are similar to each other, but have different lengths, are easier to manufacture.
  • high-strength steels and / or deep-drawing steels and / or Ti alloys and / or Ni alloys and / or metal-containing composite materials are used as the starting material.
  • An advantage of the method according to the invention is the use of high-strength and / or high-strength steels as the starting material, which can be roll-profiled, then formed into a rolled section with a variable cross-section and then further rolled-profiled.
  • these materials have the advantage that less installation space is required and, on the other hand, the increasing safety requirements in motor vehicle construction in the area of structural and safety components can be met.
  • a major advantage of the method according to the invention is the production of support structures from material which cannot be formed by means of conventional deep drawing.
  • high-strength steels preferably from the group of multi-phase steels, such as dual-phase steels (DP steels), complex phase steels (CP steels), martensite phase steels (MS-W steels) or residual austenite steels (transformation induced plasticity-TRIP- Steels), which cannot be formed by conventional deep drawing, are ideal for roll forming with integrated deep drawing.
  • These steels show particularly favorable hardening properties in relation to the formability-strength ratio. The increase in strength of these steels is achieved by introducing hard phases in a ductile material matrix.
  • Characteristic of these steels is the "bake hardening" potential superimposed on the hardening, which increases with the increasing forming.
  • the very high level of Cleaning these steels with a high initial strength is particularly advantageous for the crash behavior.
  • the method according to the invention thus allows the strength in the desired component areas to be increased even by the choice of a suitable material, without, for example, requiring expensive heat treatment.
  • deep-drawing steels can be used according to the invention in structural and safety components, since they have a low carbon content, a fine-grained structure which is as low in texture as possible and have an elastic limit without a flow area.
  • Ti alloys or Ni alloys are only moderately suitable for forming with conventional forming processes. Nevertheless, these can be processed using the method according to the invention. This process can also be used to form Mg or Al alloys.
  • Cross beams made of Mg alloys are lighter than corresponding steel beams, despite the lower modulus of elasticity and strength values of the Mg alloys.
  • metal-containing composite materials for structural and safety components.
  • the advantage of these materials is that they can be used "tailor-made" for the components, so that reinforcements can only be introduced in the desired component areas.
  • high-strength steels is advantageous in the method according to the invention. Typically, however, these are more brittle and their ductility decreases as their strength increases.
  • the method according to the invention allows such steels to be shaped with suitable ductility / strength behavior. Due to the higher strength, components with the same stability - and thus safety - can also be manufactured with less material. The In addition, increased deformability enables complex components, such as support structures, to be manufactured more easily.
  • a central concern of the automotive industry is the reduction of fuel consumption by lowering the weight of the vehicle with unchanged safety, in particular crash safety - this can be achieved through the construction of lighter vehicles. Saving potential offers high-strength steels, since the increased strength means that less material can be used with the same dimensional stability.
  • High-strength steels can be deformed by the roll forming process according to the invention with integrated forming.
  • the shaping of the steels is designed according to the invention in which all process steps can be carried out on one system. This reduces the manufacturing times of the components.
  • Another object of the present invention relates to a roll profiling system for profiling metal-containing components with at least one integrated device for shaping, this device being suitable for changing the roll profile cross section, in particular locally.
  • An advantage of the roll profiling system according to the invention is that all process steps can be carried out on a single system, which can result in an increase in output (increase in product quantity) and in a time saving.
  • a high application rate per time results in a high economic efficiency of the roll profiling system according to the invention, the roll profiling system being conventionally designed or can be designed as a flexible roll profiling system.
  • the cost-effectiveness is limited by the high set-up and adjustment effort for the tool sets. This applies in particular especially for small lot sizes.
  • the reason for the high set-up and setting effort is due to the conventional system technology, which when changing to the production of a different profile usually requires a tool change for all stands and cause long setting times, which in turn adversely affect the productivity of the process.
  • the object of the invention shows the essential advantage that components with greatly differing cross-sectional changes can be locally reshaped in a single roll forming system with an integrated reshaping device. There is no need to transport the roll-formed components to a separate forming line.
  • the known logistics problem associated with conventional roll forming systems is eliminated according to this invention.
  • Another advantage of the invention compared ⁇ roll forming in particular to a bending device for bending elongated profile components is to be roll formed by the roll forming according to the invention with an integrated reforming device rolled profiles with complex profile cross-sections such.
  • the integrated device for shaping is designed to be displaceable parallel to the transport direction of the component to be profiled.
  • An advantage of this embodiment is the application of complex cross-sectional variations in component areas provided for this purpose, the components having different component lengths can have.
  • the roll forming system according to the invention can be controlled in such a way that the component area to be changed in cross section can be deformed in the forming device, preferably in a deep-drawing device.
  • the roll profiling system is preferably stopped for one to two seconds, the component is deformed and the further roll profiling then takes place.
  • the integration of the forming device in the roll profiling system has proven to be advantageous, the roll profiling process in the roll profiling system being carried out conventionally or else as a flexible roll profiling process.
  • the forming device can be moved in the transport direction of the component to be profiled in such a way that multiple changes in cross-section can be introduced on the same rolled profile. Furthermore, the distance between the cross-sectional changes to one another can be made variable such that components of the same length in different component areas have cross-sectional changes.
  • the displaceable design of the device for shaping enables cost-effective production due to the flexibility of the system, which makes the system economical.
  • the shaping device can also be arranged spatially separately in front of a first part of the roll profiling system, such that a roll profiling process is carried out first and then the forming process takes place separately, the subsequent roll profiling process then taking place in a further part of the roll profiling system.
  • the roll profiling system enables the production of modular components with different roll profile cross sections on a roll profiling system without the use of an additional tool.
  • Components can only be manufactured in a modular fashion by using the roll forming process step. So sine Similar components, which differ, for example, only in their position, can be produced without set-up processes and separate tool sets by cutting to length at the end of the rolling profile system.
  • the modular production leads to a reduction in production costs and to an increase compared to production with a conventional deep-drawing system! economic efficiency.
  • this embodiment is particularly useful for integrated forming devices with smaller forming tools.
  • the integrated device for shaping is laterally displaceably mounted parallel to one another in the plane of the horizontal in a vertical angle relative to the transport direction of the profiling component.
  • the rolling profiling system with integrated forming device it can be controlled in such a way that discontinuous operation is possible.
  • a major advantage of the roll forming plant according to the invention is the discontinuous operation, with which cross-sectional changes in various component areas can be introduced in the elongated, roll-formed components during the profiling process without a change of system.
  • the times of the control depending on the desired component change can be varied and freely selected.
  • a further advantageous embodiment of the roll profiling system according to the invention relates to the fact that the device for forming is a device for beading and / or a device for tensile and / or pressure forming, in particular deep-drawing forming.
  • An advantage of a roll forming system with one or more: integrated devices for beading is that with the device stiffening beads only in the areas de; Rolled profile can be introduced, in which a high rigidity is required.
  • the integrated shaping device has a punch and a hold-down device, and in particular an inner punch.
  • the roll forming system according to the invention with at least one integrated deep-drawing device has proven particularly useful in that, despite the deep-drawing process in the steel material, a material flow which is characteristic of high degrees of deformation during deep-drawing can only be observed to a lesser extent in the component.
  • An advantage of the deep-drawing device is the design of the stamp, which is to be designed in several parts such that the stamps can be quickly moved relative to one another. As a result, impressions with variable geometries can be introduced into the rolled profile.
  • This design of the stamp proves to be particularly economical since it eliminates the set-up times when changing the tool. This increases the output of the plant.
  • the punch is lowered and a hold-down device that prevents creasing creates the desired cross-section in the rolled profile, the rolled profile being positioned on an inner punch.
  • the inner punch has the negative shape of the desired component profile cross section.
  • FIG. 1 Schematic representation of the roll forming process according to the invention.
  • Fig. 2 Schematic representation of a deep-drawing device
  • Fig. 1 shows schematically an exemplary embodiment of the roll forming process according to the invention for rolling profiling 4 and 6 of a starting material.
  • starting material TRIP steels are used as coil 1.
  • the TRIP steels are very strong with increased ductility and are easily deformable by the method according to the invention.
  • the starting material is straightened 2, then marked in a second step 3.
  • the starting material is rolled-profiled in the first part of the roll-forming system 17. It is a uniform, constant over its length rolling profile 14, such as a U-profile, he testifies.
  • the rolling profiling system 17 is preferably stopped for one to two seconds in order to locally deform the rolled profile 14 by deforming the rolled profile 14 in a deep-drawing device 16.
  • the rolled profile 14 is cold-formed by means of deep-drawing that there are local changes in the cross section.
  • the deep-drawing device 16 in Fig. 2 comprises a Ste pe 11, a hold-down 12 and an inner punch 13. Dabe the deep-drawing device 16 is preferably arranged in parallel in the roll forming system 17 along the transport direction 15 ver mobile. The deep-drawing device 16 is shifted in the transport direction 15 of the component to be profiled such that multiple changes in cross-section can be introduced on the same rolled profile 14 with the one deep-drawing device 16.
  • a next process step the further rolling 6 takes place. Then perforate 7 and then trim 8. When trimming 8, unevenness in the component is removed.
  • joining 9 takes place. Spot welds, for example, are possible on the lower surface of the component.
  • cutting is carried out. The component is cut to the desired length.
  • TWIP steels that are highly deformable with increased strength, or BTR steels, or the other thin but very hard sheet metal alloys, such as Usibor steel, or BOR steel, or BORON steel or, for example, ZSTE steel or, for example, stainless steel, such as, for example, stainless steel alloyed with chromium or manganese.
  • a major advantage of the method according to the invention is the reduction of non-productive times, for example the set-up times.
  • the system restart times are shortened, particularly for deep-drawing operations.

Landscapes

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Abstract

Bei der Herstellung von metallhaltigen Bauteilen durch Tiefziehen ist die Bauteilgeometrie verfahrensbedingt begrenzt. Das Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen und die Walzprofilieranlage (17) zum Profilieren von metallhaltigen Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugtragstrukturen, bei welchem ein metallhaltiges Ausgangsmaterial einer Walzprofilieranlage (17) zugeführt und zu einem Walzprofil (14) walzprofiliert wird und bei welchem während des Walzprofilierens(4, 6) ein Umformen (5) stattfindet, gewährleistet, dass mittels des Umformens (5) der Walzprofilquerschnitt verändert wird. Eine Querschnittsveränderung ist besonders wichtig für Struktur- und Sicherheitsbauteilen sowie für Säulenstrukturen, Längs- und Querprofile, wie z.B. Seitenaufprallträger, Stossfänger, Säulenverstärkungen, Längs- und Querträger, Bodengruppe sowie Dachrahmen.

Description

Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen und Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltigen Bau- teilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von me- tallhaltigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Hinreichend bekannt ist die Herstellung von Bauteilen mit langgestreckten Profilen mittels konventionellem Tiefziehen. Hierbei ist für jede Bauteilvariante ein separates dafür geeignetes Tiefziehwerkzeug notwendig. Verfahrensbedingt bestehen beim Tiefziehen Formgebungsgrenzen, wie z.B. begrenzte Ziehtiefe, komplexe Bauteilgeometrien, Realisierung von Hinterschnitten. Die Verarbeitung höherfester Stähle, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit bis zu 1500 N/mm2, erweist sich beim Tiefziehen metallischer Bauteilen, insbesondere Trägerstrukturen, als problembehaftet, da diese erhöhte Streckgren- zen und reduzierte Bruchdehnungen aufweisen, wodurch zum einen erhöhte Umformkräfte erforderlich sind und zum anderen die verformten metallischen Bauteile stärker elastisch zurückfedern.
Aus der Druckschrift DE 101 20 063 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen für Kraftfahrzeuge mittels Walzprofilieren bekannt, bei welchem Bauteile aus in Bandform bereitgestelltem Ausgangsmaterial mit durchgehend gleichem Profilquerschnitt, insbesondere einem U-förmigen Profilquerschnitt, während des Walzprofilierens gebogen werden. Diese Bauteile erweisen sich für komplexe Fahrzeugtragstrukturen als ungeeignet. Diese Druckschrift wurde zur Bildung der Oberbegriffe herangezogen.
Ein Verfahren zum partiellen Walzprofilieren mit einer vorgeschalteten oder integrierten Schneidvorrichtung zum Trennen, insbesondere Stanzen, von langgestreckten Ausgangsmaterialien und Erzeugung einer Querschnittsänderung des Bauteilhohlpro- fils durch Beschnitt, ist aus der Druckschrift DE 197 49 902 AI bekannt. Dabei weist das Bauteilhohlprofil eine unterbrochene Bauteiloberfläche mit einer verminderten Torsions- und Biegesteifigkeit auf. Aufgrund der verminderten Steifigkeit des mittels diesem Trennverfahren hergestellten Bauteils er- weist sich dieses Verfahren als ungeeignet für Struktur- und Sicherheitsbauteile. Weiterhin führt die Verarbeitung mittels Stanzen von hochfesten Stählen zu einem erhöhten Verschleiß des Stanzwerkzeugs, was zu erhöhten Werkzeugkosten und Rüstzeiten führt und den Bearbeitungsprozess unwirtschaftlich macht. Die Bearbeitung des Walzprofils mittels Trennen, insbesondere Laserschneiden, erweist sich als unvorteilhaf für Sicherheitsbauteile, da beim Laserschneiden unvermeidbare Gefügeveränderungen im hochbeanspruchten Randbereich des Profils auftreten, die sich negativ auf die Bauteilfestigkeit unter schwingender Beanspruchung auswirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schaffung von formsteifen Bauteilen anzugeben sowie eine Vorrichtung zum Profilieren besonders stabiler Bauteile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und des Anspruchs 8 in Bezug auf die zu schaffende Walzprofilieranlage gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung ist gegeben durch ein Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugtragstrukturen, bei welchem ein metallhaltiges Ausgangsmaterial einer Walzprofilieranlage zugeführt und zu einem Walzprofil walzprofiliert wird, wobei während des Walz- profilierens ein Umformen derart stattfindet, dass mittels des Umformens der Walzprofilquerschnitt verändert wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Bauteilen mit über der Länge, in der Höhe und/oder in der Breite veränderten Walzprofilquerschnitt mit- tels kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Walzprofilieren und mittels integriertem Umformen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Querschnittsänderung durch Umformen eingebracht, damit wird eine Reduzierung der Torisons- und Biegesteifigkeit gegenüber einem mittels Trennen hergestell- ten Bauteil vermieden. Hierzu ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Bauteilen mit sehr guten Stru- kureigenschaften im hochbeanspruchten Randbereich des Bau- teilquerschnitts, die sich positiv auf die Bauteilfestigkeit unter schwingender Beanspruchung auswirken.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Struktur- und Sicherheitsbauteilen aus hoch- und höherfesten Stählen, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit bis 1700 N/mm2, die den Sicherheitsanfor- derungen im Kraftfahrzeugbau gerecht werden. In der Regel handelt es sich bei den Struktur- und Sicherheitsbauteilen um dünnwandige, aus Stahlblech gefertigte Säulenstrukturen, Längs- und Querprofile, wie z.B. Seitenaufprallträger, Stoßfänger, Säulenverstärkungen, Längs- und Querträger, Boden- gruppe sowie Dachrahmen. Diese zeichnen sich durch eine hohe Maßhaltigkeit, geringere Toleranzen, die eine bessere Integration durch Fügen, insbesondere durch Laserschweißen, wie z.B. Anschweißen einer Bodengruppe an einen Längsträger, gewährleisten.
Insbesondere Karosseriestrukturen, beispielsweise Trägerstrukturen, müssen häufig an die Einbaustelle, insbesondere zur Anpassung an die Schweißverbindungsstelle, im Querschnitt angepasst werden, so dass sie über ihren Längsverlauf kein gleichbleibender Querschnitt aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Trägerstrukturen derart herge- stellt, dass der Walzprofilquerschnitt verändert wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den insbesondere mittels konventionellem Tiefziehen hergestellten Bauteilen aus langgestreckten Profilen, ist im Wesentlichen die bessere Maßgenauigkeit während der Herstellung von langgestreckten Bauteilen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren werden die Verfahrensschritte Walzpro- filieren, Umformen und Walzprofilieren nacheinander durchlaufen.
Das Walzprofilieren ist den herkömmlichen Herstellungsverf hren zum Kaltprofilieren, wie z.B. Gesenk- oder Schwenkbiegen, aufgrund der niedrigen Fertigungszeiten deutlich überlegen. Sowohl durch die hohe Ausbringungsmenge pro Zeit als auch durch die geringen Werkzeugkosten im Vergleich zum Tiefziehen, werden die Fertigungszeiten deutlich reduziert. Deswegen ergibt sich im Bereich mittlerer bis großer Losgrößen eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Dadurch, dass das metallhaltige Ausgangsmaterial vorzugsweise zunächst gerichtet und danach markiert wird bevor es dann dem Walzprofiliervorgang zugeführt wird und anschließend durch ein U formprozess verformt wird und danach wieder walzprofiliert wird, wird erreicht, dass mittels des Walzprofilierens mit dem integrierten Umformen ein Bauteil mit über seinem Längsverlauf veränderten Walzprofilquerschnitt hergestellt werden kann, das exakt an den späteren Verwendungszweck ange- passt ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Herstellung des Walzprofils und die Herstellung des veränderten Walzprofilquerschnitts in einem Arbeits- gang zeitsparend ohne Zwischenlagerung und die damit verbundenen Logistikkosten.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die nacheinanderfolgenden Verfahrensschritte in einer kompakten Vorrichtung durchgeführt werden können, die sich als besonders wirtschaftlich erweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, dass die Walzprofilieranlage mit der Umformvorrichtung im diskontinuierlichen Betrieb angesteuert wird.
Ein Vorteil von dieser Ausgestaltungsform ist das Anbringen komplexer Walzprofilquerschnittsvariationen an dafür vorgese- henen Bauteilbereichen mit unterschiedlichen Bauteillängen. Dabei wird die Walzprofilieranlage derart gesteuert, dass der zu verändernde Bauteilbereich in der Umformvorrichtung umgeformt wird. Um das Umformen durchführen zu können, wird die Walzprofilieranlage vorzugsweise für ein bis zwei Sekunden angehalten, dabei wird das Walzprofil umgeformt und im An- schluss findet das weitere Walzprofilieren statt. Vorteilhaft erweist sich dabei die Integration des Umformens in den Walzprofilierprozess, wobei der Walzprofiliervorgang konventionell durchzuführen ist oder aber als flexibler Rollprofilier- Vorgang ausgeführt werden kann.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Walzprofil zur Änderung des Querschnittes kalt umgeformt.
Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den wesentlichen Vorteil gegenüber einer herkömmlichen Warmumformung, insbesondere gegenüber einer Vergütung mit anschließendem Walzprofilieren, dass zum einen niedrigere Pro- zeßkosten verursacht werden und zum anderen eine erhöhte plastische Restdehnung aufgrund eines duktileren Werkstoffzustandes vorliegt. Zusätzlich weisen die nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren hergestellten Bauteile gegenüber den mittels einer herkömmlichen Warmumformung hergestellten Bauteile, eine höhere Maßgenauigkeit auf, wodurch eine im kalten Zustand durchzuführende Kalibrierung der Bauteile entfällt. Beispielsweise müssen Träger oder A- , B-, C- oder D-Säulenstrukturen im Kraftfahrzeugbau mit hoher Qualität und damit hoher Maßgenauigkeit in hoher Stückzahl hergestellt werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine hohe Maßhaltigkeit und eine bessere Verbaubarkeit im Rohbau gewähr- leistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Umformen gesickt und/oder auf Zug und/oder Druck, insbesondere tiefgezogen und/oder streck- gezogen, umgeformt.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass mit dem integrierten Zug- und/oder Druckumformverfahren, insbesondere mittels Tiefziehen, über einen konstanten Profilquerschnitt komplexe Quer- schnittsänderungen in gewünschten Bauteilbereichen eingebracht werden können, wobei die Wandstärken der Bauteile nahezu unverändert bleiben. Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass sich nach den ersten Walzprofilieren und vor dem weiteren Walzprofilierer metallhaltige Ausgangsmaterialien, insbesondere höherfeste Stähle, ohne negative Beeinträchtigungen der mechanischen Eigenschaften des umzuformenden Bauteils tiefziehen lassen. Somit gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren eine Umformung zu komplexen, besonders formsteifen Bauteilen.
Alternativ oder additiv zu dieser Ausgestaltung können mittels Streckziehen Bauteile mit veränderten Endabmessunger hergestellt werden, die über einen konstanten Profilquerschnitt komplexe Querschnittsänderungen in gewünschten Bau- teilbereichen und zusätzlich reduzierte Wandstärken aufweisen. Die Kombination von Streckziehen mit Tiefziehen erlaubt großflächige unsymmetrische Bauteile herzustellen. Alternativ oder additiv dazu werden mittels vorzugsweise in dem Walzprofilierprozess integriertem Sicken, Bauteile hergestellt, die sowohl variable Querschnittsänderungen als auch in gewünschten Bauteilbereichen geometrisch geformte Versteifungen (Sicken) aufweisen.
Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den weiteren Vorteil, dass die mittels Tiefziehen und/oder Streckziehen und/oder Sicken bearbeiteten Bauteilbereiche nicht in einem einzigen Schritt, sondern stufenweise umgeformt werden können, um einen umformgünstigen Gefügezu- stand über dem Querschnitt des Bauteils einzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Walzprofil mittels einer Umformvorrichtung lokal und damit räumlich begrenzt, d.h. nicht ü- ber die ganze Länge des Bauteils, umgeformt.
Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens liegt daran, dass beispielsweise durch das örtlich begrenzte Umformen langgestreckte Bauteile mit einer reduzierten Blechdicke in Zonen geringerer Belastung und mit einer gegebenenfalls leicht erhöhten Blechdicke in Zonen hoher Belastung hergestellt werden können.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich in Abhängigkeit der Anforderungen der Einbaustelle für gewünschte Bauteile einen funktionsgemäßen Querschnitt vorzusehen. Dabei findet die lokale Umformung des Walzprofils genau in dem gewünschten Bauteilbereich statt, sodass "maßgeschneiderte Bauteile" hergestellt werden können.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ebenfalls darin, dass mittels des lokalen örtlich begrenzten Umformens
Bauteile wie Längsträger-, Querträger- und Säulenstrukturen, die einander ähnlich sind, aber unterschiedliche Längen aufweisen, einfacher herstellbar sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens werden als Ausgangsmaterial höherfeste Stähle und/oder Tiefziehstähle und/oder Ti-Legierungen und/oder Ni- Legierungen und/oder metallhaltige Kompositwerkstoffe verwendet.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung von hoch- und/oder höherfester Stähle als Ausgangsmaterial, die walzprofiliert, danach umgeformt zu einem Walzprofil mit einem variablen Querschnitt und anschließend weiter walzprofiliert werden können. Neben einer Gewichtsreduzierung haben diese Werkstoffe den Vorteil, dass weniger Einbauraum benötigt wird und andererseits die steigenden Sicherheitsanforderungen im Kraftfahrzeugbau im Bereich von Struktur- und Sicherheitsbauteilen erfüllt werden können.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Trägerstrukturen aus Werksoffen, die mittels konventionellem Tiefziehen nicht umformbar sind. Insbesondere höherfesten Stähle (s.g. Leichtbaustähle), vorzugsweise aus der Gruppe der Mehrphasenstähle, wie beispielsweise Dualphasenstähle (DP-Stähle) , Complexphasenstähle (CP- Stähle) , Martensitphasenstähle (MS-W-Stähle) oder Restauste- nitstähle (Transformation induced plasticity-TRIP-Stähle) , die herkömmlich mittels konventionellem Tiefziehen nicht umgeformt werden können, eignen sich hervorragend für das Walz- profilieren mit integriertem Tiefziehen. Diese Stähle zeigen besonders günstige Verfestigungseigenschaften in Bezug auf das Umformbarkeits-Festigkeitsverhältnis. Die Festigkeitssteigerung dieser Stähle wird dadurch erzielt, dass harte Phasen in einer duktilen Werkstoffmatrix eingebracht werden. Charakteristisch für diese Stähle ist das zusätzlich zu der Verfestigung überlagerte "Bake-Hardening" -Potential, das mit der zunehmenden Umformung größer wird. Die sehr hohe Verfes- tigung dieser Stähle bei hoher Ausgangsfestigkeit ist besonders vorteilhaft für das Crash-Verhalten. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Steigerung der Festigkeit in gewünschten Bauteilbereichen auch durch die Wahl eines geeig- neten Werkstoffs, ohne dass beispielsweise eine kostenintensive Wärmebehandlung benötigt wird.
Alternativ oder additiv dazu können erfindungsgemäß Tiefziehstähle in Struktur- und Sicherheitsbauteilen zum Einsatz kom- men, da sie über einen niedrigen Kohlenstoff-Gehalt auch ein feinkörniges, möglichst texturarmes Gefüge verfügen und eine Dehngrenze ohne Fließbereich aufweisen.
Ti-Legierungen oder Ni-Legierungen eignen sich mit herkömmli- chen Umformverfahren nur mäßig zum Verformen. Dennoch können diese mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens umformtechnisch verarbeitet werden. Mit diesem Verfahren lassen sich / auch Mg- oder AI-Legierungen umformen.
Querträger, hergestellt aus Mg-Legierungen, sind gegenüber entsprechenden Trägern aus Stahl, trotz niedrigerem E-Modul und Festigkei skennwerten der Mg-Legierungen, leichter.
Es ist denkbar metallhaltige Kompositwerkstoffe für Struktur- und Sicherheitsbauteile anzuwenden. Der Vorteil dieser Werkstoffe besteht darin, dass sie "maßgeschneidert" für die Bauteile eingesetzt werden können, sodass Verstärkungen nur ir den gewünschten Bauteilbereichen eingebracht werden können.
Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Verwendung hδherfesten Stähle. Typischerweise sind aber diese spröder, ihre Verformbarkeit (Duktilität) sinkt in dem Maße, wie sich ihre Festigkeit erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Umformung solcher Stähle bei einem geeigneter Duktilitäts/Festigkeits-Verhalten. Durch die höhere Festigkeit können zudem Bauteile bei gleicher Stabilität - und damit Sicherheit - mit weniger Material gefertigt werden. Die erhöhte Verformbarkeit gestattet darüber hinaus eine einfachere Herstellung komplex geformter Bauteile, wie zum Beispiel von Trägerstrukturen.
Ein zentrales Anliegen der Automobilindustrie ist die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs über die Senkung des Fahrzeugsgewichts bei unveränderter Sicherheit, insbesondere Crashsicherheit, - durch die Konstruktion von leichterer Fahrzeugen kann dies gelingen. Einsparpotenziale bieten hier- bei höherfeste Stähle, da durch die erhöhte Festigkeit weniger Material bei gleicher Formstabilität eingesetzt werder kann.
Durch den erfindungsgemäßen Walzprofilierprozess mit integ- riertem Umformen können höherfeste Stähle verformt werden. Das Umformen der Stähle wird erfindungsgemäß irtschaf liclr ausgestaltet, in dem alle Verfahrensschritte auf einer Anlage erfolgen können. Dadurch werden die Fertigungszeiten der Bauteile reduziert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltiger Bauteilen mit mindestens einer integrierten Vorrichtung zur Umformen, wobei diese Vorrichtung geeignet ist, den Walzpro- filquerschnitt , insbesondere lokal, zu verändern.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage besteht darin, dass alle Verfahrensschritte auf einer einzigen Anlag« durchführbar sind, wodurch es zu einer Erhöhung der Ausbrin- gung (Produktmengenerhöhung) und zu einer Zeiteinsparung kommen kann. Eine hohe Ausbringungsmenge pro Zeit ergibt ein« hohe Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage, wobei die Walzprofilieranlage konventionell ausgestaltet ist oder aber als flexible Rollprofilieranlage ausges- taltet werden kann. In den herkömmlichen Walzprofilieranlager wird die Wirtschaftlichkeit jedoch beschränkt durch den hoher Rüst- und Einstellaufwand der Werkzeugsätze. Dies gilt insbe- sondere bei kleinen Losgrößen. Die Ursache für den hohen Rüst- und Einstellaufwand ist in der herkömmlichen Anlagentechnik begründet, die bei Umstellung auf die Fertigung eines anderen Profils in der Regel einen Werkzeugwechsel bei allen Gerüsten erforderlich macht und hohe Einstellzeiten verursachen, die wiederum die Produktivität des Verfahrens negativ beeinträchtigen .
Der Gegenstand der Erfindung zeigt den wesentlichen Vorteil, dass Bauteile mit stark voneinander abweichenden Querschnittsänderungen in einer einzigen Walzprofilieranlage mit einer integrierten Umformvorrichtung lokal umgeformt werden können. Dabei entfällt der Transport der walzprofilierten Bauteile zu einer separaten Umformstraße. Das bekannte Logis- tikproblem, das mit konventionellen Walzprofilieranlagen verbunden ist, entfällt nach dieser Erfindung.
Ein weiterer Vorteil der^ erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage im Vergleich insbesondere zu einer Biegevorrichtung zum Profilbiegen langgestreckter Bauteile besteht darin, dass mittels der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage mit einer integrierten Umformvorrichtung Walzprofile mit komplexen Profilquerschnitten walzprofiliert werden, wie z. B. Walzprofile mit Verjüngungen oder Walzprofile, bei denen sich beispiels- weise die komplette Bauteilflanke verschiebt, wobei der Winkel der Bauteilflanke erhalten bleibt. Dies ermöglicht die integrierte Fertigung von sehr stabilen Struktur- und Sicher- heitsbauteilen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Walzprofilieranlage ist die integrierte Vorrichtung zum Umformen parallel zur Transportrichtung des zu profilierenden Bauteils verschiebbar ausgestaltet.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist das Anbringen komplexer Querschnittsvariationen in dafür vorgesehenen Bauteilbereichen, wobei die Bauteile unterschiedliche Bauteillängen aufweisen können. Dabei ist die erfindungsgemäße Walzprofilieranlage derart ansteuerbar, dass der im Querschnitt zu verändernde Bauteilbereich in der Umformvorrichtung, vorzugsweise in einer Tiefziehvorrichtung, verformbar ist. Um der Umformvorgang durchführen zu können, wird die Walzprofilieranlage bevorzugt für ein bis zwei Sekunden angehalten, dabei wird das Bauteil umgeformt und im Anschluss findet das weitere Walzprofilieren statt. Vorteilhaft erweist sich dabei die Integration der Umformvorrichtung in der Walzprofilieranlage, wobei der Walzprofiliervorgang in der Walzprofilieranlage konventionell durchzuführen ist oder aber als flexibler Rollprofiliervorgang ausgeführt werden kann.
Ferner kann die Umformvorrichtung derart in Transportrichtunc des zu profilierenden Bauteils verschoben werden, dass auf dem selben Walzprofil mehrfach Querschnittänderungen einbringbar sind. Des Weiteren kann der Abstand der Quer- Schnittsänderungen zueinander variierbar gestaltet werder derart, dass Bauteile gleicher Länge in unterschiedlicher Bauteilbereichen Querschnittsveränderungen aufweisen. Die verschiebbare Ausgestaltung der Vorrichtung zum Umformen ermöglicht durch die Flexibilität der Anlage eine kostengünstige Fertigung, wodurch die Anlage wirtschaftlich ist.
Die Umformvorrichtung kann aber auch räumlich getrennt vor einem ersten Teil der Walzprofilieranlage angeordnet sein, sc dass als erstes ein Walzprofilierprozess durchgeführt wirc und anschließend davon getrennt der Umformvorgang stattfindet, wobei im Anschluss in einem weiteren Teil der Walzprofi- lieranlage der abschließende Walzprofilierprozess abläuft.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Walzprofilieranlage eine Herstellung von modularen Bauteilen mit unterschiedlichen Walzprofilquerschnitten auf einer Walzprofilier- anläge ohne die Verwendung eines zusätzlichen Werkzeuges. Erst durch die Verwendung des Fertigungsschrittes Walzprofilieren können Bauteile modular hergestellt, werden. Somit sine ähnliche Bauteile, welche sich beispielsweise nur in der La ge unterscheiden ohne Rüstvorgänge und separate Werkzeugsät durch entsprechendes Ablängen am Ende der Walzpro ilieranla herstellbar. Darüber hinaus führt die modulare Fertigung einer Senkung der Fertigungskosten und zu einer gegenüber e ner Fertigung mit einer konventionellen Tiefziehanlage erhö! ten Wirtschaftlichkeit.
Es ist auch möglich, die Umformvorrichtung starr mit d< Walzprofilieranlage zu verbinden.
Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es möglich die ii tegrierte Umformvorrichtung in der Walzprofilieranlage qu< zur Transportrichtung des zu profilierenden Bauteils ve: schiebbar auszugestalten.
Hierdurch ist gewährleistet, dass mittels der erfindungsgemi ßen Anlage insbesondere Bauteile, die keine spiegelsymmetr: sehen Geometrien in Bezug auf die Längsachse aufweisen, he: stellbar sind.
Darüber hinaus ist diese Ausführungsform besonders für inte rierte Umformvorrichtungen mit kleineren Umformwerkzeuge zweckmäßig.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Walzprofilieranla ge ist alternativ oder additiv die integrierte Vorrichtur zum Umformen seitlich in der Ebene der Horizontalen in eine senkrechten Winkel gegenüber der Transportrichtung des 2 profilierenden Bauteils parallel verschiebbar angebracht.
Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass seitliche Abdrück mit komplexen Geometrien in das Walzprofil einbringbar sine Somit sind seitliche Querschnittsveränderungen in Walzprofi len darstellbar, die mittels herkömmlich angeordneten Tief ziehvorrichtungen nicht herstellbar sind. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Walzprofilieranlag* die modulare Herstellung von Bauteilen mit komplexen Walzpro filquerschnitten auf einer Walzprofilieranlage ohne die Ver wendung eines zusätzlichen Werkzeuges.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Walzprofilieranla ge mit integrierter Umformvorrichtung ist sie derart ansteu erbar, dass ein diskontinuierlicher Betrieb möglich ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilier anläge ist der diskontinuierliche Betrieb, mit dem in langge streckten walzprofilierten Bauteilen Querschnittsveränderun gen in verschiedenen Bauteilbereichen während des Profilie rens ohne einen Anlagenwechsel eingebracht werden können. Da bei sind die Zeiten der Ansteuerung in Abhängigkeit von de gewünschten Bauteilveränderung variier- und frei wählbar aus zugestalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Walzprofilieranlage bezieht sich darauf, dass die Vorrichtung zum Umformen eine Vorrichtung zum Sicken und/oder eine Vorrichtung zum Zug- und/oder Druckumformung, insbesondere Tiefziehumformung, darstellt.
Ein Vorteil einer Walzprofilieranlage mit einer oder mehrere: integrierten Vorrichtungen zum Sicken liegt darin, dass mi der Vorrichtung Versteifungssicken nur in den Bereichen de; Walzprofils einbringbar sind, bei der eine hohe Steifigkei' erforderlich ist.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass mittels der Vor richtung zum Tiefziehen in die Walzprofile komplexe Profil querschnitte derart einbringbar sind, dass sich nach dei Tiefziehen die komplette Bauteilflanke verschiebt, wobei de: Winkel der Bauteilflanke erhalten bleiben kann. In einer weiteren Ausführungsform der Walzprofilieranlage weist die integrierte Vorrichtung zum Umformen einen Stempel und einen Niederhalter, sowie insbesondere einen Innenstempel auf.
In besonderem Maße hat sich die erfindungsgemäße Walzprofilieranlage mit mindestens einer integrierten Tiefziehvorrich- tung dadurch bewährt, dass trotz des Tiefziehvorgangs in den Stahlwerkstoff ein Werkstofffließen, das charakteristisch für hohe Umformgrade während des Tiefziehens ist, nur in geringerem Maße im Bauteil zu beobachten ist.
Ein Vorteil der TiefZiehvorrichtung ist die Ausgestaltung deε Stempels, der mehrteilig auszugestalten ist derart, dass die Stempel eile zueinander verschiebbar sind. Hierdurch sind Abdrücke mit variablen Geometrien in das Walzprofil einbringbar. Diese Ausgestaltung des Stempels erweist sich als besonders wirtschaftlich, da dadurch die Rüstzeiten beim Werkzeugwechsel entfallen. Somit wird die Ausbringung der Anlage er- höht. Beim Tiefziehen wird der Stempel niedergefahren unc durch einen Niederhalter, der eine Faltenbildung verhindert, erzeugt in dem Walzprofil den gewünschten Querschnitt, wobei das Walzprofil auf einem Innenstempel positioniert ist. Dabei weist der Innenstempel die negative Form des gewünschten Bau- teilprofilquerschnitts auf.
Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Gegenstände anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Hierbei gehen aus den Figuren und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. Dabei zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Walzprofilierprozesses Fig. 2 Schematische Darstellung einer Tiefziehvorrichtung Die Fig. 1 stellt schematisch eine beispielhafte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Walzprofilierprozesses zum Walz profilieren 4 und 6 eines Ausgangsmaterials. Als Ausgangsma terial werden TRIP-Stähle als Coil 1 verwendet. Die TRIP Stähle sind sehr fest bei erhöhter Duktilität und durch da erfindungsgemäße Verfahren sind diese gut verformbar.
In einem ersten Verf hrensschritt wird das Ausgangsmateria gerichtet 2, danach in einem zweiten markiert 3. Anschließen wird in einem dritten Verfahrensschritt 4 das Ausgangsmateri al in dem ersten Teil der Walzprofilieranlage 17 walzprofi liert. Dabei wird ein einheitliches, über seine Länge kon stantes Walzprofil 14, wie zum Beispiel ein U-Profil, er zeugt. Nach dem dritten Verfahrensschritt 4 wird die Walzpro filieranlage 17 vorzugsweise für eine bis zwei Sekunden an gehalten, um das Walzprofil 14 lokal umzuformen, in dem i einer Tiefziehvorrichtung 16 das Walzprofil 14 verformt wird In diesem Verfahrensschritt wird mittels des Tiefziehens sdas Walzprofil 14 derart kalt umgeformt, dass es lokale Ver änderungen im Querschnitt aufweist.
Die Tiefziehvorrichtung 16 in Fig. 2 umfasst einen Ste pe 11, einen Niederhalter 12 und einen Innenstempel 13. Dabe wird die Tiefziehvorrichtung 16 vorzugsweise parallel in de Walzprofilieranlage 17 entlang der Transportrichtung 15 ver fahrbar angeordnet. Die Tiefziehvorrichtung 16 wird dabei i Transportrichtung 15 des zu profilierenden Bauteils derar verschoben, dass auf dem selben Walzprofil 14 mit der eine Tiefziehvorrichtung 16 mehrfach Veränderungen im Querschnit eingebracht werden können.
In einem nächsten Verfahrensschritt findet das weitere Walz profilieren 6 statt. Danach wird gelocht 7 und anschließen beschnitten 8. Beim Beschneiden 8 werden Unebenheiten in de: Bauteil entfernt. In einem nächsten Verfahrensschritt finde ein Fügen 9 statt. Auf der unteren Fläche des Bauteils sin beispielsweise Punktschweißungen möglich. In einem letzten Verfahrensschritt 10 wird abgelängt. Dabe wird das Bauteil auf die gewünschte Länge geschnitten.
Es sei auch angemerkt, dass die Erfindung nicht nur auf da zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, son dern vielmehr auf weitere Walzprofilieranlagen übertragba ist.
So ist zum Beispiel denkbar, den im Ausführungsbeispiel be schriebenen Verfahrensschritt Ablängen 10 unmittelbar nac dem Verfahrensschritt Beschneiden 8 durchzuführen.
Außerdem wäre für die Herstellung von Trägerstrukturen ein anderes Ausgangsmaterial denkbar. Beispielsweise können anstatt der vorgeschlagenen TRIP-Stähle, TWIP-Stähle, die star verformbar sind bei erhöhter Festigkeit, oder BTR-Stähle, o- der andere dünne, aber sehr harte Blechlegierungen, wie zum Beispiel Usibor Stahl, oder BOR Stahl, oder BORON Stahl oder beispielsweise ZSTE-Stahl oder zum Beispiel Edelstahle, wie beispielsweise mit Chrom oder Mangan legierte rostfreie Stäh le, verwendet werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens is die Reduzierung der Nebenzeiten, beispielsweise der Einricht zeiten. Dabei werden die Wiederanlaufzeiten der Anlage, ins besondere bei den Tiefziehoperationen, verkürzt.
Bezugszeichenliste
- Coil - Richten - Markieren - Walzprofilieren - Tiefziehen - Walzprofilieren - Lochen - Beschneiden - Fügen - Ablängen - Stempel - Niederhalter - Innenstempel - Walzprofil - Transportrichtung - Tiefziehvorrichtung - Walzprofilieranlage

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugtragstrukturen, bei welchem ein metallhaltiges Ausgangsmaterial einer Walzprofilieranlag« (17) zugeführt und zu einem Walzprofil (14) walzprofiliert wird, wobei während des Walzprofilierens ein Umfor- men stattfindet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels des Umformens der Walzprofilquerschnitt ver- ändert wird.
2. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verf hrensschritte Walzprofilieren (4) , Umformer (5) und Walzprofilieren (6) nacheinander durchlaufen wer- de .
3. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Walzprofilieranlage (17) im diskontinuierlichen Betrieb angesteuert wird.
4. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Walzprofil (14) zur Änderung des Querschnittes kalt umgeformt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass beim Umformen (5) gesickt und/oder auf Zug und/ode. Druck, insbesondere tiefgezogen und/oder streckgezogen, umgeformt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass lokal umgeformt wird.
7. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass als Ausgangsmaterial höherfeste Stähle und/oder Tiefziehstähle und/oder Ti-Legierungen und/oder Ni- Legierungen und/oder Leichtbaustahle und/oder metallhal- tige Kompositwerkstoffe verwendet werden.
8. Walzprofilieranlage (17) zum Profilieren von metallhalti gen Bauteilen mit mindestens einer integrierten Vorrichtung zum Umformen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) geeic net ist, den Walzprofilquerschnitt, insbesondere lokal, zu verändern.
9. Walzprofilieranlage (17) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) paral lel zur Transportrichtung (15) des zu profilierenden Bau teils verschiebbar ausgestaltet ist.
10. Walzprofilieranlage (17) nach Anspruch 8 , oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung zum Umformen (16) eine Vorrichtunς zum Sicken und/oder eine Vorrichtung zum Zug- und/oder Druckumformung, insbesondere Tiefzieh- und/oder Streck- ziehumformung, darstellt.
11. Walzprofilieranlage (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) aufweist : - einen Stempel (11) und - einen Niederhalter (12), sowie insbesondere - einen Innenstempel (13) .
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AL Designated countries for regional patents

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