DE102004062777B4

DE102004062777B4 - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils

Info

Publication number: DE102004062777B4
Application number: DE200410062777
Authority: DE
Inventors: Ludger Gehringhoff; Johannes Schäfers
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: DE102004062777A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr (2), wobei das Stahlrohr (2) vor dem Umformvorgang auf eine Temperatur von 850°C bis 950°C erwärmt wird, beim Warmumformvorgang im Pressenwerkzeug (6) gebogen, partiell geplättet und mit Löchern (3) versehen wird, wobei die Löcher (3) als Durchzüge mit umlaufenden zum Rohrinnenraum (5) umgestellten Kragen (4) ausgebildet werden, und anschließend zumindest partiell gehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr.

Höchstfeste Rohre werden in der Fahrzeugstruktur eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise im A-, B- oder C-Säulenbereich eingesetzt, um die Karosserie im Hinblick auf eine Sicherheitssteigerung, insbesondere bei einer Crashbelastung gezielt zu verstärken bzw. auszusteifen. Hierbei kommen Rohre aus höchstfesten Stählen zum Einsatz, die in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt werden. In nachfolgenden Operationen werden in die umgeformten Rohrbauteile Löcher eingebracht, die im Wesentlichen aus Freigangs- und Lackführungsgründen benötigt werden. In der Praxis erfolgt das Einbringen der Löcher, beispielsweise mittels einer Laserbearbeitung, einer spanabhebenden Bearbeitung wie bohren oder Plasmaschneiden. Dieses nachträgliche Bearbeiten ist sehr kostenintensiv.

Durch die DE 24 52 486 A1 zählt ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine in einem Presshärtverfahren zum Stand der Technik, bei dem eine aus härtbarem Stahl bestehende Platine auf Härtetemperatur erhitzt, dann in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend ausgehärtet wird, während das Blechprofil im Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommenen Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit.

Im Rahmen der WO 99/07492 ist vorgesehen, dass vorbeschriebene Pressehärtverfahren zu modifizieren und im Pressenwerkzeug die randseitigen Bereiche von vorgefertigten Löchern abzubiegen, so dass Kragen entstehen.

In diesem Zusammenhang ist es ferner durch die DE 101 20 919 A1 bekannt, beim Umformvorgang die Kragen aus ungelochten Bereichen der Platine auszuformen.

Die DE 101 20 919 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine oder einem Halbzeug. Die Platine bzw. das Halbzeug wird in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet. Dabei werden Kragen werden als Durchstellungen aus ungelochten Bereichen im Blechprofil erzeugt.

Aus der DE 37 42 869 A1 geht eine rohrförmige Stabilisatorstange und ein Verfahren zu deren Herstellung hervor. Das Verfahren sieht vor, dass zunächst die Enden nacheinander erwärmt, geschmiedet, gelocht und abgekühlt werden und das Rohr anschließend als Ganzes angewärmt, gebogen und abgeschreckt wird. Dem schließt sich ein Anlassvorgang an. Die einzelnen Verfahrensschritte werden jeweils in spezialisierten Maschinen durchgeführt.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein fertigungstechnisch und ökonomisch verbessertes Karosseriebauteil zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen.

Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen die abhängigen Patentansprüche 2 bis 6.

Erfindungsgemäß wird das Stahlrohr beim Warmumformvorgang im Pressenwerkzeug mit Löchern versehen. Dies erfolgt mittels einem oder mehreren in das Pressenwerkzeug integrierten Lochstempeln ohne Gegenhalter. Ein Vorlochen des Stahlrohrs ist nicht notwendig. Das Verfahren arbeitet abfalllos. Die ansonsten notwendigen Arbeitsschritte in der Vorfertigung bzw. in der Nachbearbeitung des Karosseriebauteils können entfallen. Hierdurch werden Werkzeug- und Arbeitskosten eingespart. Laser-, Bohr- oder Schneidanlagen sind für die Herstellung der Löcher in den Karosseriebauteilen nicht erforderlich.

Die Lochung der Stahlrohre im Pressenwerkzeug kann im Grunde mit beliebiger Richtung frei gewählt sein. Es wird vorteilhafterweise hydraulisch mit Lochzylindern gelocht. Beim Lochvorgang erfolgt kein Rohrverzug, da das Stahlrohr im Pressenwerkzeug voll umfänglich aufgenommen ist.

Die Löcher sind als Durchzüge mit umlaufenden Kragen ausgebildet, wobei die Kragen zum Rohrinnenraum umgestellt werden. Hierdurch wird eine Gratbildung außen am Lochrand vermieden. Die Kragen können darüber hinaus als Einführhilfe für nachgeschaltete Handlingoperationen, beispielsweise dem Handling mittels Robotern dienen. Zudem wird das Karosseriebauteil durch die umgestellten Kragen verstärkt und in der Knicksteifigkeit im Bereich des Lochs erhöht. Hierdurch kann die ansonsten zwangsläufig resultierende Schwächung der Steifigkeit des Stahlrohrs durch das Loch vermieden bzw. verringert werden.

Die Warmumformung der Stahlrohre erfolgt bei einer Temperatur zwischen 850°C und 950°C, wobei ein bevorzugter Temperaturbereich zwischen 910°C und 940°C liegt.

Beim Warmformvorgang wird dem Stahlrohr die grundsätzliche Kontur des Karosseriebauteils gegeben. Hierbei wird das Stahlrohr gebogen und gegebenenfalls partiell geplättet.

Vorteilhafterweise erfolgt die Härtung des Stahlrohrs im Pressenwerkzeug. Hierbei ist das umgeformte Stahlrohr im Pressenwerkzeug eingespannt und wird durch schnelle Abkühlung zumindest partiell gehärtet.

Als Ausgangsrohr für die Herstellung des Karosseriebauteils kann sowohl ein nahtlos gezogenes Stahlrohr als auch ein geschweißtes Stahlrohr Verwendung finden. Insbesondere kommt ein Stahlrohr zum Einsatz mit einem Durchmesser zwischen 30 mm und 90 mm, sowie einer Wandstärke von 1,5 mm bis 3,0 mm, wobei Löcher im Stahlrohr mit einem Durchmesser zwischen 6 mm und 12 mm erzeugt werden.

Vorzugsweise kommt ein Stahlrohr aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% und 0,3 Gew.-% für die Fertigung der Karosseriebauteile zur Anwendung. Dieser Werkstoff lässt sich wirtschaftlich warm umformen und vollständig oder partiell vergüten. Darüber hinaus weist er die notwendigen Werkstoffeigenschaften hinsichtlich der geforderten Festigkeit und des Crashabsorptionsverhaltens auf.

Insbesondere bietet sich eine Stahllegierung an, die in Gewichtsprozenten ausgedrückt besteht aus Kohlenstoff (C) 0,18%–0,3%, Silizium (Si) 0,1%–0,7%, Mangan (Mn) 1,0%–4,0%, Chrom (Cr) 0,1%–0,8%, Molybdän (Mo) 0,1%–0,5%, Titan (Ti) 0,02%–0,05%, Bor (B) 0,002%–0,05%, Aluminium (Al) 0,01%–0,06%, Schwefel (S) max. 0,01%, Phosphor (P) max. 0,025%, wobei der Rest aus Eisen (Fe) besteht einschließlich etwaiger erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.

Im Rahmen der Erfindung ist angestrebt, dass die verwendete Stahllegierung bzw. das daraus hergestellte Karosseriebauteil eine Streckgrenze R_P 0,2 von ≥ 950 N/mm², eine Zugfestigkeit R_m von ≥ 1.300 N/mm² sowie eine Dehnung A₅ von ≥ 6% besitzt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil aus einem warm umgeformten gebogenen Stahlrohr und
2 im Schema technisch stark vereinfacht einen Ausschnitt aus einem Pressenwerkzeug mit einem darin befindlichen Stahlrohr beim Lochvorgang.
1 zeigt ein Karosseriebauteil 1 bestehend aus einem warm umgeformten gebogenen Stahlrohr 2, welches über die Länge verteilt mit Löchern 3 versehen ist. Die Löcher 3 sind als Durchzüge mit umlaufenden Kragen 4 ausgebildet, wobei die Kragen 4 zum Rohrinnenraum 5 umgestellt sind (siehe hierzu auch 2).
Bei der Herstellung des Karosseriebauteils 1 wird ein Stahlrohr 2 in einem Pressenwerkzeug 6 warm umgeformt. Hierfür wird das Stahlrohr 2 auf eine Temperatur von 850°C bis 950°C, vorzugsweise auf 910°C bis 940°C erwärmt. Die Formgebung erfolgt dann im Pressenwerkzeug 6, wobei beim Umformvorgang die Löcher 3 hergestellt werden. Hierzu sind im Pressenwerkzeug 6 Lochstempel 7 in Form von Dornen integriert. Diese fahren beim Umformvorgang in das Stahlrohr 2 ein und durchstoßen die Wand 8 des Stahlrohrs 2, wobei die Löcher 3 mit den umlaufenden Kragen 4 erzeugt werden.
Noch im Pressenwerkzeug 6 eingespannt wird das umgeformte Stahlrohr 2 dann durch schnelle Abkühlung gehärtet. Dies kann vollständig oder auch nur partiell in Bereichen des Karosseriebauteils 1 erfolgen. Beim Umformvorgang kann das Stahlrohr 2 nicht nur gebogen, sondern auch partiell geplättet werden.
Als Ausgangsprodukt kommt ein Stahlrohr 2 aus härtbarem Stahl zum Einsatz. Hierbei kann sowohl ein nahtlos gezogenes Stahlrohr 2 als auch ein geschweißtes Stahlrohr 2 Verwendung finden.
Das Stahlrohr 2 weist einen Durchmesser d_R zwischen 30 mm und 90 mm bei einer Wandstärke s von 1,5 mm bis 3,0 mm auf. Die im Pressenwerkzeug 6 hergestellten Löcher 3 besitzen einen Durchmesser d_L zwischen 6 mm und 12 mm, wobei für die Praxis ein Verhältnis des Lochdurchmessers d_L zum Rohrdurchmesser d_R von 1:3 als vorteilhaft angesehen wird.

1: Karosseriebauteil
2: Stahlrohr
3: Loch in 2
4: Kragen an 3
5: Rohrinnenraum v. 2
6: Pressenwerkzeug
7: Lochstempel in 6
8: Wand v. 2
d_R: Rohrdurchmesser v. 2
d_L: Lochdurchmesser v. 3
s: Wandstärke v. 2

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr (2), wobei das Stahlrohr (2) vor dem Umformvorgang auf eine Temperatur von 850°C bis 950°C erwärmt wird, beim Warmumformvorgang im Pressenwerkzeug (6) gebogen, partiell geplättet und mit Löchern (3) versehen wird, wobei die Löcher (3) als Durchzüge mit umlaufenden zum Rohrinnenraum (5) umgestellten Kragen (4) ausgebildet werden, und anschließend zumindest partiell gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (2) vor dem Umformvorgang auf eine Temperatur von 910°C bis 940°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung des Stahlrohrs (2) im Pressenwerkzeug durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein nahtlos gezogenes Stahlrohr (2) verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschweißtes Stahlrohr (2) verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlrohr (2) mit einem Durchmesser (d_R) zwischen 30 mm und 90 mm sowie einer Wandstärke (s) von 1,5 mm bis 3,0 mm verwendet wird und Löcher (3) im Stahlrohr (2) mit einem Durchmesser (d_L) zwischen 6 mm und 12 mm erzeugt werden.