DE102012010471A1 - Preparing an automobile body shell, by massive forming a blank to a component having a light metal made of an alloy, and identifying the component from an area, where the component is subjected to a locally differentiated heat treatment - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Rohbau, gemäß Anspruch 1.The invention relates to a method for producing a light metal component, in particular for a motor vehicle body shell, according to claim 1.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Rohbau, sind bekannt. Dabei werden spezifische Eigenschaften des Bauteils lokal eingestellt, sodass sich diese entlang von dessen Erstreckung ändern. Das Bauteil muss dann nicht insgesamt auf den jeweils höchstbelasteten Bereich ausgelegt sein, sodass es nicht notwendig ist, geringer belastete Bauteilbereiche überzudimensionieren. Darüber hinaus ist es möglich, die Anzahl verwendeter Bauteile zu reduzieren, weil es nicht nötig ist, insbesondere im Übergangsbereich zwischen verschiedenen gewünschten Bauteileigenschaften verschiedene Bauteile vorzusehen. Aus der
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Rohbau zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere in Hinblick auf Festigkeitsgesichtspunkte des resultierenden Bauteils optimiert ist.It is therefore an object of the invention to provide a method for producing a light metal component, in particular for a motor vehicle shell, which does not have the disadvantages mentioned and is optimized in particular with regard to strength aspects of the resulting component.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren umfasst ein Massivumformen eines ein Leichtmetall umfassenden, vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung bestehenden Rohlings zu einem Bauteil. Es werden Bereiche des Bauteils identifiziert, die einer lokal differenzierten Wärmebehandlung unterzogen werden sollen, und es wird eine lokal differenzierte Wärmebehandlung des Bauteils in den identifizierten Bereichen durchgeführt. Dadurch, dass das Bauteil durch Massivumformen, besonders bevorzugt durch Schmieden hergestellt wird, kann es insbesondere in Hinblick auf Festigkeitsgesichtspunkte optimiert werden. Mithilfe der lokal differenzierten Wärmebehandlung ist es möglich, Eigenschaften des Bauteils lokal differenziert auszugestalten. Die an dem Bauteil lokal differenziert eingestellten Eigenschaften umfassen vorzugsweise insbesondere eine Zugfestigkeit, eine Dehngrenze und/oder eine Bruchdehnung. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, bereits beim Massivumformen des Bauteils und/oder bereits vor dem Massivumformen lokal differenzierte Eigenschaften vorzusehen und dem Rohling und/oder dem Bauteil aufzuprägen. Das Bauteil umfasst bevorzugt ein Leichtmetall beziehungsweise eine Leichtmetalllegierung. Besonders bevorzugt besteht das Bauteil aus einem Leichtmetall beziehungsweise einer Leichtmetalllegierung. Das Bauteil umfasst besonders bevorzugt eine Aluminiumlegierung beziehungsweise besteht aus dieser.The object is achieved by providing a method with the steps of claim 1. The method comprises mass forming a blank comprising a light metal, preferably a light metal alloy, into a component. It identifies areas of the part to be subjected to a locally differentiated heat treatment, and performs a locally differentiated heat treatment of the part in the identified areas. Because the component is produced by massive forming, particularly preferably by forging, it can be optimized in particular with regard to strength considerations. Using the locally differentiated heat treatment, it is possible to design properties of the component locally differentiated. The properties set locally differentiated on the component preferably comprise in particular a tensile strength, a yield strength and / or an elongation at break. Alternatively or additionally, it is possible to provide locally differentiated properties already during massive forming of the component and / or even before massive forming and to emboss the blank and / or the component. The component preferably comprises a light metal or a light metal alloy. Particularly preferably, the component consists of a light metal or a light metal alloy. The component particularly preferably comprises or consists of an aluminum alloy.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil für die Wärmebehandlung zunächst erwärmt und anschließend einer lokal differenzierten Abkühlung unterworfen wird. Dabei findet besonders bevorzugt eine globale Erwärmung des Bauteils statt, und die lokal differenzierte Wärmebehandlung ergibt sich aus der lokal differenzierten Abkühlung. Bevorzugt erfolgt die Erwärmung jedenfalls nicht induktiv. Die Erwärmung erfolgt besonders bevorzugt in einem Gasofen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens schließt sich an die Erwärmung gegebenenfalls ein Lösungsglühen an, wobei dieser Schritt abhängig von der Bauteiltemperatur während der Massivumformung angewendet oder auch weggelassen werden kann.A method is preferred which is characterized in that the component for the heat treatment is first heated and then subjected to locally differentiated cooling. In this case, global heating of the component takes place particularly preferably, and the locally differentiated heat treatment results from the locally differentiated cooling. In any case, the heating preferably does not take place inductively. The heating is particularly preferably carried out in a gas oven. In a preferred embodiment of the method, the solution is optionally followed by solution heat treatment, wherein this step can be applied or omitted depending on the component temperature during the massive forming.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil für die Wärmebehandlung ausgehend von seiner bei der Massivumformung, insbesondere dem Schmieden, angenommenen Temperatur einer lokal differenzierten Abkühlung unterworfen wird. Das Bauteil wird dann für die Wärmebehandlung nicht mehr eigens erwärmt, sonder quasi unmittelbar aus der Schmiedehitze lokal differenziert abgekühlt und so der lokal differenzierten Wärmebehandlung unterworfen. Es ist allerdings möglich, insbesondere abhängig von der bei dem Massivumformen, insbesondere dem Schmieden eingesetzten Hitze, gegebenenfalls ein Lösungsglühen an die Massivumformung anzuschließen, wonach dann die lokal differenzierte Abkühlung erfolgt.A method is also preferred which is characterized in that the component for the heat treatment is subjected to a locally differentiated cooling, starting from its assumed temperature during the massive forming, in particular the forging. The component is then no longer specially heated for the heat treatment, but quasi directly cooled from the forging heat locally differentiated and thus subjected to the locally differentiated heat treatment. However, it is possible, in particular depending on the heat used in the massive forming, in particular the forging, optionally to add a solution annealing to the massive forming, after which then the locally differentiated cooling takes place.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil durch partielles Abschrecken lokal differenziert abgekühlt wird.A method is also preferred, which is characterized in that the component is cooled locally differentiated by partial quenching.
In diesem Zusammenhang wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das partielle Abschrecken zumindest eine der folgenden Vorgehensweise umfasst: Ein Eintauchen des Bauteils zumindest bereichsweise in ein Wasserbad, eine lokal differenzierte Spritzwasserkühlung, eine lokal differenzierte Gasabschreckung, eine lokal differenzierte Anwendung eines Sprays und/oder eines Nebels, und/oder eine lokal differenzierte Anwendung von bewegtem Wasser. Besonders bevorzugt erfolgt eine gesteuerte und/oder geregelte Abkühlung des Bauteils, wobei diese vorzugsweise in einer speziellen Kammer durchgeführt wird. Die Kammer umfasst bevorzugt ein Wasserbad, eine Spritzwasserkühlung, ein Gas, ein Spray, einen Nebel und/oder bewegtes Wasser. Bei einem Einsatz von Nebel für eine lokal differenzierte Abschreckung ist insbesondere die Nebeldichte geeignet zu wählen.In this context, a method is preferred, which is characterized in that the partial quenching comprises at least one of the following: immersing the component at least partially in a water bath, a locally differentiated spray water cooling, a locally differentiated gas quench, a local differentiated application of a spray and / or mist, and / or a locally differentiated application of moving water. Particularly preferred is a controlled and / or controlled cooling of the component, which is preferably carried out in a special chamber. The chamber preferably comprises a water bath, a spray water cooling, a gas, a spray, a mist and / or agitated water. When mist is used for a locally differentiated quenching, the fog density is particularly suitable.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass als Rohling ein Strangpressbolzen verwendet wird. Dabei ist es insbesondere möglich, Eigenschaften, insbesondere auch lokal differenzierte Eigenschaften des späteren Bauteils bereits beim Strangpressen des Strangpressbolzens einzustellen. Bevorzugt umfasst der Strangpressbolzen eine Knetlegierung und besteht besonders bevorzugt aus dieser. Dabei spricht der Begriff Knetlegierung eine Legierung an, die sich aufgrund einer ihre Duktilität begünstigenden Zusammensetzung insbesondere für das Massivumformen eignet. Dabei kann die Knetlegierung sowohl Primärmaterial als auch Sekundärmaterial umfassen. Besonders bevorzugt sind die Werkstoffeigenschaften der Knetlegierung speziell auf das konkret gewählte Umformverfahren eingestellt, insbesondere durch Zulegieren bestimmter Bestandteile.A method is also preferred, which is characterized in that an extrusion billet is used as the blank. It is particularly possible to adjust properties, in particular locally differentiated properties of the later component already during extrusion of the extrusion billet. Preferably, the extrusion billet comprises a wrought alloy and particularly preferably consists of this. The term wrought alloy refers to an alloy which, owing to a composition favoring its ductility, is particularly suitable for massive forming. The wrought alloy may include both primary material and secondary material. Particularly preferably, the material properties of the wrought alloy are specially adjusted to the specifically selected forming process, in particular by alloying certain components.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass es eine Materialvorverteilung, vorzugsweise durch einen Reckwalzprozess und/oder in einem Schmiedegesenk umfasst. Bevorzugt umfasst das Verfahren außerdem ein Umformen in einem Vorgesenk, ein Umformen in einem Fertiggesenk, ein Umformen in einem Justagegesenk und/oder die Anwendung eines Abgratwerkzeugs.A method is also preferred which is characterized in that it comprises a material pre-distribution, preferably by a stretch-rolling process and / or in a forging die. Preferably, the method further comprises forming in a pre-die, forming in a finished die, reshaping in an alignment die, and / or using a deburring tool.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass vor und bei dem Massivumformen ein für das herzustellende Bauteil geeigneter Faserverlauf eingestellt wird. Dabei wird der Faserverlauf zunächst durch den Strangpressbolzen beziehungsweise dessen Herstellung im Strangpressverfahren bestimmt. Beispielsweise ist eine Längs- oder Querfaser einstellbar. Weiterhin kann der Faserverlauf im Bauteil durch eine Wahl der Umformgeschwindigkeit, der Umformrichtung und – besonders wesentlich – durch eine geschickte Wahl des Verlaufs des Materials beim sogenannten Fließen eingestellt werden. Dabei spricht der Begriff des Fließens an, in welchem Bereich sich die Fasern beim Umformen sammeln, wodurch in diesem Bereich eine höhere Festigkeit erzeugt wird. Es ist auch möglich, den Faserverlauf durch eine entsprechende Auslegung der Umformwerkzeuge zu beeinflussen.Finally, a method is preferred, which is characterized in that before and during the massive forming a suitable fiber profile for the component to be produced is set. In this case, the fiber profile is first determined by the extrusion pin or its production in the extrusion process. For example, a longitudinal or transverse fiber is adjustable. Furthermore, the fiber profile in the component can be adjusted by a choice of the forming speed, the forming direction and - particularly essential - by a skillful choice of the course of the material in the so-called flow. The term flowing refers to the area in which the fibers accumulate during forming, which results in greater strength in this area. It is also possible to influence the fiber flow by an appropriate design of the forming tools.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigt die einzige Figur einen schematischen Ausschnitt aus einem Fahrzeug-Rohbau mit einem Ausführungsbeispiel eines mithilfe einer Ausführungsform des Verfahrens hergestellten Bauteils.The single FIGURE shows a schematic section of a vehicle body shell with an embodiment of a component produced by means of an embodiment of the method.
Ein schematisch dargestellter Fahrzeugrohbau
Ein erster Sektor
Ein zweiter Sektor
Ein weiterer Sektor
Zwischen den belasteten Bereichen in den Sektoren
Die A-Säule ist durch Massivumformen, insbesondere durch Schmieden hergestellt.The A-pillar is made by massive forming, in particular by forging.
Vorzugsweise wird bereits vor dem Massivumformen auf einen geeigneten Faserverlauf in einem Rohling, aus dem die A-Säule
Nach der Herstellung des Strangpressbolzens als Rohling für die A-Säule
Abhängig von der bei der Massivumformung erreichten Temperatur kann ein Lösungsglühen der A-Säule
Schließlich wird die A-Säule
Insbesondere wird die A-Säule
Die A-Säule
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen weitere Bauteile der Rohbaustruktur
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens Leichtmetallbauteile, insbesondere für einen Kraftfahrzeugrohbau, und ganz besonders Langteile mit hohen Sicherheitsanforderungen anforderungsgerecht, insbesondere für den Crashfall, durch lokal angepasste mechanische Eigenschaften mit nichtunterbrochenem Faserverlauf – insbesondere bauteiloptimiert durch Sammeln der Fasern – hergestellt werden können. Dabei ist wesentlich, dass das Leichtmetallbauteil mithilfe eines Massivumformungsverfahrens hergestellt wird, weil andere, bekannte Herstellungsverfahren kein entsprechendes Sammeln der Fasern beziehungsweise die Herstellung eines nichtunterbrochenen Faserverlaufs ermöglichen und somit keine entsprechende, lokal differenzierte Eigenschaftseinstellung erlauben.Overall, it is found that by means of the method light metal components, in particular for a motor vehicle body, and especially long parts with high safety requirements in accordance with requirements, especially for the crash, by locally adapted mechanical properties with uninterrupted fiber flow - in particular component optimized by collecting the fibers - can be produced. It is essential that the light metal component is produced by means of a massive forming process, because other, known manufacturing processes do not allow appropriate collection of fibers or the production of a non-interrupted fiber profile and thus do not allow a corresponding, locally differentiated property setting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102010056207 A1 [0002] DE 102010056207 A1 [0002]
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