DE102006030509A1

DE102006030509A1 - Verfahren zur Behandlung eines Blechbauteils

Info

Publication number: DE102006030509A1
Application number: DE102006030509A
Authority: DE
Inventors: Gerd Wunderlich; Bernd Dr. Schulze
Original assignee: Hydroforming Chemnitz & C GmbH; Hydroforming Chemnitz & Co KG GmbH; Volkswagen AG
Current assignee: FISCHER HYDROFORMING CHEMNITZ GMBH & CO. KG, DE; Volkswagen AG
Priority date: 2006-07-01
Filing date: 2006-07-01
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines in einem Umformverfahren zu einem Halbfertigerzeugnis oder Fertigerzeugnis umgeformten Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, aus einem Stahlblech. Im Anschluss an das Umformverfahren erfolgt dabei zunächst die formschlüssige Fixierung des Blechbauteils in einer Spannvorrichtung. Durch einen lokal begrenzten induktiven Energieeintrag werden in einem nachfolgenden Härtungsprozess in lokal begrenzten vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils die Gebrauchseigenschaften gezielt verändert. Das derart behandelte Blechbauteil erfordert keine weitere Nachbearbeitung. Vielmehr bleibt die lokale Verbesserung der Gebrauchseigenschaften, insbesondere eine Erhöhung der lokalen Streckgrenze und der Zugfestigkeit, ohne nachteiligen Einfluss auf die unbehandelten Bereiche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines in einem Umformverfahren zu einem Halbfertigerzeugnis oder Fertigerzeugnis umgeformten Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, aus einem Stahlblech.
An Karosseriestrukturbauteile werden stetig steigende Anforderungen an die Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht gestellt. Für den Einsatz in der Automobilindustrie ist aus dem Stand der Technik der Einsatz von hoch- und höchstfesten Stählen beispielsweise für Stoßfänger, Säulen und Querträger oder für den Seitenaufprallschutz, die bei einem Crash die Insassen eines Wagens vor Verletzungen bewahren sollen, bekannt.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik auch bereits ein als Presshärten bekanntes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit hoher Festigkeit bei gleichzeitiger Verringerung von Blechstärke und Gewicht vorbekannt. Im Vergleich zum Kaltumformen von höher- und hochfesten Stählen werden beim Presshärten die Bauteile erst durch die Warmumformung und das abschließende Abkühlen vergütet. Hierzu werden Vergütungsstähle bei Temperaturen von 900 bis 1000°C beim Presshärten dadurch verarbeitet, dass die Umformung des Werkstoffs zum Bauteil und den Härtungsprozess in einem Arbeitsgang zusammengefasst werden. Das Bauteil wird beim Kontakt der erwärmten Platine mit einem kalten Werkzeug abgekühlt. Die mikrostrukturellen Eigenschaften, die die Festigkeit bedingen, können damit weder die Formbarkeit behindern, noch werden sie durch die Hitze zerstört. Durch das Presshärten werden die Festigkeiten der höher- und hochfesten Stähle erheblich gesteigert.
Ferner ist auch das Induktionshärten bereits grundsätzlich bekannt. Mit diesem Verfahren werden vor allem kompliziert geformte Werkstücke durch partielles Härten lediglich in bestimmten Bereichen auf die erforderliche Härtetemperatur gebracht, um sie anschließend abzuschrecken. Dabei erreichen die bevorzugten Vergütungsstähle Werte, die konventionellem Härten nahe kommen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gebrauchseigenschaften von Blechbauteilen mit geringem Aufwand wesentlich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem im Anschluss an die Formgebung durch einen lokal begrenzten Energieeintrag ein Härtungsprozess in vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils vorgenommen wird. Durch den partiellen thermischen Energieeintrag und die dadurch auf einen vorbestimmten Bereich begrenzte Wärmebehandlung des Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, werden lokal mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Presshärten erzielbaren Festigkeitseigenschaften vergleichbare Eigenschaften mit einem vergleichsweise geringen Aufwand erzielt. Der örtlich begrenzte Härtungsprozess erfolgt zudem als abschließender Arbeitsgang bei der Herstellung des Blechbauteils, so dass komplizierte Beschneideoperationen entfallen. Außerdem wird durch den begrenzten Energieeintrag nur ein geringer Wärmebetrag in das Blechbauteil eingebracht, was zu geringeren Eigenspannungen und letztlich zu einer höheren Genauigkeit des Blechbauteils führt. Vor allem aber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine gezielte Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Zugfestigkeit und der Streckgrenze in denjenigen Bereichen des Blechbauteils, in denen eine solche erhöhte Festigkeit erforderlich oder sinnvoll ist. In den übrigen Bereichen, in denen eine solche erhöhte Festigkeit nicht erforderlich ist, bleibt hingegen der Ausgangszustand mit seiner hohen Dehnung und damit hohem Energieaufnahmepotential erhalten. Weiterhin gestattet der lokal begrenzte thermische Energieeintrag eine besonders wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens und damit kostengünstige Herstellung des Blechbauteils.
Der lokal begrenzte thermische Energieeintrag könnte hierzu beispielsweise mittels einer elektromagnetischen Strahlung eingebracht werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hingegen dann erreicht, wenn der Energieeintrag induktiv erfolgt, um so in einfacher Weise die lokale Erwärmung auch dann sicherzustellen zu können, wenn der ausgewählte Bereich eine mehrfach gekrümmte Oberflächentopographie aufweist. Zudem kann durch den induktiven Energieeintrag eine Beschädigung der Oberfläche des Blechbauteils zuverlässig ausgeschlossen werden.
Weiterhin erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn im Anschluss an den thermischen Energieeintrag ein gesteuerter, auf einen vorbestimmten Bereich beschränkter Abkühlprozess eingeleitet wird und dadurch die Gefügeausbildung während des Abkühlprozesses partiell unterschiedlich eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein stetiger Übergang der Festigkeitseigenschaften von dem unbehandelten Bereich des Blechbauteiles zu den durch die Behandlung gehärteten Bereichen erzielt werden. An sich gegensätzliche Zielsetzungen hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften können dadurch in einem einzigen Blechbauteil zusammengefasst realisiert werden.
Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Härtungsprozess und der Abkühlungsprozess unter Abschluss gegenüber der Umgebungsatmosphäre, insbesondere unter Schutzgas durchgeführt werden. Hierdurch werden unerwünschte Veränderungen der Oberfläche des Blechbauteils und die damit verbundene Nachbearbeitung, insbesondere Entzunderungsarbeitsgänge, überflüssig. Als Schutzgas können in der Praxis beispielsweise Stickstoff, Argon oder Wasserstoff eingesetzt werden.
Dabei zeigt es sich, dass besonders zielführende Verfahrensresultate dann realisiert werden können, wenn das Blechbauteil aus einem dünnwandigen vergütbaren Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,18% und 0,35% hergestellt wird und durch den Härtungsprozess eine gezielte Umwandlung des Blechbauteils in die Martensitstufe oder eine Zwischenstufe erfolgt. Die gewünschte Härte kann dadurch mit hoher, reproduzierbarer Genauigkeit eingestellt werden.
Weiterhin erweist es sich als besonders sinnvoll, wenn das Blechbauteil während des Härtungsprozesses in einer Spannvorrichtung insbesondere formschlüssig fixiert wird. Hierdurch wird eine unerwünschte Verformung durch den Härtungsprozess vermieden, so dass eine umständliche Nachbearbeitung entfallen kann. Der Aufnahme des Blechbauteils dient beispielsweise eine Spannvorrichtung oder eine Schablone.
Das Verfahren eignet sich zur Anwendung bei nahezu beliebigen profilierten oder geformten Blechbauteilen. Eine besonders sinnvolle Einsatzmöglichkeit ergibt sich hingegen in der Praxis aus einer Kombination des lokal begrenzten thermischen Energieeintrag und der Umformung des Blechbauteils mittels eines Hydro- oder Hochdruckumformverfahrens. Beispielsweise sind mit integrierten Fertigungssystemen der Innenhochdruckumformung in Verbindung mit dem lokal begrenzten thermischen Energieeintrag wesentlich reduzierte Herstellungskosten insbesondere auch bei komplex geformten Hohlkörpern möglich.
Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung wird diese ergänzend in einem Ablaufdiagramm (1) dargestellt. Im Anschluss an ein an sich bekanntes Umformverfahren 1 zur Herstellung eines komplex geformten, als Karosseriestrukturbauteil ausgeführten Blechbauteils, aus einen Stahlblech erfolgt zunächst die formschlüssige Fixierung 2 desselben in einer Spannvorrichtung. Durch einen lokal begrenzten thermischen Energieeintrag wird nachfolgend ein Härtungsprozess 3 in lokal begrenzten, vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils durchgeführt. Eine Beeinträchtigung der Oberfläche wird dabei durch den induktiven Energieeintrag vermieden, der dabei ebenso unter eine Schutzgasatmosphäre wie der sich anschließende, zeitlich gesteuerte Abkühlungsprozess 4 erfolgt. Das derart behandelte Blechbauteil erfordert keine weitere Nachbearbeitung. Vielmehr bleiben die lokalen Verbesserungen der Gebrauchseigenschaften durch eine Erhöhung der lokalen Streckgrenze und Zugfestigkeit ohne einen nachteiligen Einfluss auf die unbehandelten Bereiche.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines in einem Umformverfahren zu einem Halbfertigerzeugnis oder Fertigerzeugnis umgeformten Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, aus einen Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Formgebung durch einen lokal begrenzten Energieeintrag ein Härtungsprozess in vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag induktiv erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den thermischen Energieeintrag ein gesteuerter, auf einen vorbestimmten Bereich beschränkter Abkühlprozess eingeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsprozess und/oder Abkühlungsprozess unter Abschluss gegenüber der Umgebungsatmosphäre, insbesondere unter Schutzgas durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil aus einem dünnwandigen vergütbaren Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,18% und 0,35% hergestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Härtungsprozess eine gezielte Umwandlung des Blechbauteils in die Martensitstufe oder eine Zwischenstufe erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil während des Härtungsprozesses in einer Spannvorrichtung insbesondere formschlüssig fixiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil mittels eines Hydro- oder Hochdruckumformverfahrens umgeformt wird.