DE102012210693A1 - Manufacturing hardened sheet metal part that is useful for producing body part of motor vehicle, comprises providing sheet-metal shaped part having increased strength due to preceding hardening process, and heat-treating part area-wise - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft mehrere Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise unterschiedlich gehärteten Blechformteils.The invention relates to several methods for producing a partially differently hardened sheet metal part.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines bereichsweise unterschiedlich gehärteten Blechformteils.The invention also relates to a device for producing a partially differently hardened sheet metal part.
Gehärtete Blechformteile und Verfahren zu deren Herstellung sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Ziel der in einem Härtevorgang bzw. Härteprozess durchgeführten Härtung ist eine Festigkeitserhöhung des Blechmaterials, wodurch die betreffenden Blechformteile z. B. ein hervorragendes Lastaufnahmevermogen aufweisen. Solche Blechformteile werden bspw. in Kraftfahrzeugkarosserien verbaut. Im Hinblick auf bestimmte Anwendungsfälle kann jedoch die Forderung bestehen, dass die gehärteten Blechformteile unterschiedliche Härten bzw. Festigkeitseigenschaften aufweisen, derart, dass das Blechmaterial in bestimmten Bereichen bzw. Abschnitten höhere Festigkeiten und damit einhergehende geringe Bruchdehnungen (Sprödigkeit) und in anderen bestimmten Bereichen niedrigere Festigkeiten und damit einhergehende bessere plastische Eigenschaften (Duktilität) besitzt.Hardened sheet metal parts and methods for their preparation are well known in the art. The aim of the curing carried out in a hardening process or hardening process is an increase in strength of the sheet material, whereby the sheet metal parts concerned z. B. have an excellent load capacity. Such sheet metal parts are, for example, installed in motor vehicle bodies. With regard to certain applications, however, there may be a demand that the hardened sheet metal parts have different hardnesses or strength properties, such that the sheet material in certain areas or sections higher strengths and concomitant low elongation at break (brittleness) and lower strengths in other specific areas and associated better plastic properties (ductility).
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alternative Möglichkeiten zum Herstellen eines bereichsweise unterschiedlich gehärteten Blechformteils aufzuzeigen, die die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweisen.The invention has for its object to show alternative ways to produce a partially differently hardened sheet metal part, which do not have the disadvantages associated with the prior art, or at least only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Mit dem nebengeordneten Anspruch 10 erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.This object is achieved by a first inventive method having the features of claim 1. This object is further achieved by a second inventive method with the features of claim 2. With the independent claim 10, the solution of the problem extends to a device for implementation a method according to the invention. Preferred developments and refinements emerge analogously for all subjects according to the invention both from the dependent claims and from the following explanations.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen eines Blechformteils, dessen Blechmaterial aufgrund eines vorausgegangenen Härtevorgangs eine erhöhte Festigkeit aufweist; und
- – bereichsweises bzw. abschnittsweises Wärmebehandeln dieses Blechformteils, wobei in den wärmbehandelten Bereichen bzw. Abschnitten (hiermit ist wenigstens ein wärmebehandelter Bereich gemeint) die erhöhte Festigkeit des Blechmaterials (wieder) gezielt verringert wird.
- - Providing a sheet metal part whose sheet material due to a previous hardening process has an increased strength; and
- - Sectional or sectional heat treatment of this sheet metal part, wherein in the heat treated areas or sections (hereby means at least one heat-treated area), the increased strength of the sheet material (again) is deliberately reduced.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der zweite Verfahrensschritt automatisiert (d. h. ohne manuelles Tätigwerden eines Arbeiters) ausgeführt wird, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.In particular, it is provided that the second method step is carried out automatically (that is, without manual intervention by a worker), which will be discussed in more detail below.
Das bereitgestellte Blechformteil besteht aus einem räumlich geformten Blechmaterial, wobei das Blechmaterial aufgrund eines vorausgehenden Härtevorgangs bereits eine erhöhte Festigkeit aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Blechmaterial des bereitgestellten Blechformteils homogen gehärtet ist und damit im Wesentlichen eine einheitliche Festigkeit bzw. einheitliche Festigkeitseigenschaften aufweist. Das bereitgestellte Blechformteil kann aber auch inhomogen gehärtet sein und somit lokal unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich bei dem bereitgestellten Blechformteil um ein pressgehärtetes Blechformteil handelt. (Das Presshärten wird nachfolgend noch näher erläutert.) Bei den bereitgestellten Blechformteilen kann es sich z. B. um Zukaufteile im Anlieferungszustand handeln.The provided sheet metal part consists of a spatially shaped sheet metal material, wherein the sheet metal material already has an increased strength due to a preceding hardening process. It is preferably provided that the sheet material of the provided sheet metal part is homogeneously cured and thus substantially has a uniform strength or uniform strength properties. The provided sheet metal part can also be cured inhomogeneously and thus have locally different strength properties. In particular, it is provided that the sheet metal part provided is a press-hardened sheet metal part. (The press hardening will be explained in more detail below.) The sheet metal parts provided may be z. B. to buy purchased parts in the delivery state.
Eine Idee des vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, das bereitgestellte gehärtete Blechformteil unbeachtlich seiner Herstellungshistorie einer bereichsweisen bzw. partiellen Wärmebehandlung in definierten Bereichen bzw. Abschnitten zu unterziehen, wodurch in den wärmebehandelten Bereichen die erhöhte Festigkeit des Blechmaterials gezielt wieder verringert wird, um in diesen Bereichen die plastischen Werkstoffeigenschaften (Duktilität) zu verbessern. Unter einer gezielten Verringerung der Festigkeit wird eine geometrisch exakt begrenzte und hinsichtlich der herbeizuführenden Festigkeitseigenschaften definiert durchgeführte Verringerung der strukturellen Festigkeit des Blechmaterials verstanden. Der Grad der Festigkeitsverringerung kann anhand der Parameter der Wärmebehandlung (von denen nachfolgend noch einige erläutert werden) eingestellt werden.An idea of the proposed method is to subject the provided hardened sheet metal part irrespective of its production history of a partial or partial heat treatment in defined areas or sections, whereby in the heat-treated areas, the increased strength of the sheet material is selectively reduced again in these areas plastic material properties (ductility) to improve. Targeted reduction of the strength is understood to mean a reduction of the structural strength of the sheet metal material that is geometrically precisely defined and defined in terms of the required strength properties. The degree of strength reduction can be adjusted by the parameters of the heat treatment (some of which are explained below).
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen eines Ausgangsblechmaterials, wobei es sich um ein ebenes Blechmaterial (Platine) oder um ein bereits räumlich geformtes Blechformteil handeln kann;
- – Erwärmen des Ausgangsblechmaterials und Warmformen (des Ausgangsblechmaterials) zu einem Blechformteil;
- – Durchführen eines Härtevorgangs am (noch warmen oder wieder aufgewärmten) Blechformteil, wobei eine im Wesentlichen einheitliche bzw. homogen verteilte Festigkeitserhöhung des Blechmaterials herbeigeführt bzw. erzielt wird; und
- – nachfolgendes bereichsweises bzw. abschnittsweises Wärmebehandeln des Blechformteils, wobei in den wämbehandelten Bereichen (d. h. in wenigstens einem Bereich) die zuvor herbeigeführte Festigkeit gezielt wieder verringert wird.
- - Providing a starting sheet material, which may be a flat sheet material (board) or an already spatially shaped sheet metal part;
- - Heating the starting sheet material and thermoforming (the starting sheet material) to a sheet metal part;
- - Performing a hardening process on (still warm or reheated) sheet metal part, with a substantially uniform or homogeneously distributed increase in strength of the sheet material is brought about or achieved; and
- - Subsequent areawise or sectional heat treatment of the sheet metal part, wherein in the wämbehandelten areas (ie in at least one area), the previously induced strength is selectively reduced again.
Dieses Verfahren kann weitere hierin nicht näher erläuterte Verfahrensschritte, Teilschritte und/oder Zwischenschritte umfassen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest der Verfahrensschritt des bereichsweisen Wärmebehandelns automatisiert (d. h. ohne manuelles Tätigwerden eines Arbeiters) ausgeführt wird. Das automatisierte Ausführen einer bereichsweisen Wärmebehandlung (insbesondere unter Verwendung wenigstens eines Gasbrenners, wie nachfolgend noch näher erläutert) schafft die Voraussetzung einer reproduzierbaren und hinsichtlich der gegebenen Randbedingungen präzisen Wärmebehandlung des Blechmaterials mit definierten Parametern. Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle Verfahrensschritte automatisiert oder zumindest teilautomatisiert (bspw. mit manueller Verkettung) ausgeführt werdenThis method may comprise further method steps, substeps and / or intermediate steps not further explained herein. It is preferably provided that at least the step-by-step heat treatment step is carried out in an automated manner (i.e., without manual intervention by a worker). The automated execution of a zone-wise heat treatment (in particular using at least one gas burner, as explained in more detail below) creates the prerequisite of a reproducible and, given the given boundary conditions, precise heat treatment of the sheet material with defined parameters. It is preferably provided that all method steps are carried out automatically or at least partially automated (eg with manual linking)
Eine Idee des vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, das Blechformteil zunächst im gesamten zu härten, was zu einer homogenen bzw. zu einer über der Bauteilgeometrie einheitlichen Festigkeitserhöhung führen soll, und anschließend durch eine partielle Wärmebehandlung in definierten Bereichen bzw. Abschnitten des Blechformteils die zuvor herbeigeführte Festigkeit wieder gezielt (wie obenstehend definiert) zu verringern und dadurch die plastischen Werkstoffeigenschaften (Duktilität) zu verbessern. Der Grad der Festigkeitsverringerung kann anhand der Parameter der Wärmebehandlung (von denen nachfolgend noch einige erläutert werden) eingestellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in den wärmebehandelten Bereichen die Festigkeit nicht wieder auf das ursprüngliche Niveau des Ausgangsblechmaterials zurückfällt, sondern dass die Festigkeit auch in diesen Bereichen über dem ursprünglichen Niveau des Ausgangsblechmaterials (vor dem Härtevorgang) verbleibt, so dass das Blechformteil insgesamt eine erhöhte Festigkeit aufweist. Ebenso ist denkbar, die Festigkeit des Blechmaterials in den wärmebehandelten Bereichen soweit zu reduzieren, dass diese unter der Festigkeit des Ausgangsblechmaterials liegt.One idea of the proposed method is to first harden the sheet metal part as a whole, which should lead to a homogenous or uniform increase in strength over the component geometry, and then by a partial heat treatment in defined areas or sections of the sheet metal part, the previously induced strength targeted again (as defined above) to reduce and thereby improve the plastic material properties (ductility). The degree of strength reduction can be adjusted by the parameters of the heat treatment (some of which are explained below). It is preferably provided that in the heat-treated areas, the strength does not fall back to the original level of the starting sheet material, but that the strength remains above the original level of the starting sheet material (before the hardening process) even in these areas, so that the sheet metal part as a whole increased strength having. It is also conceivable to reduce the strength of the sheet material in the heat-treated areas to such an extent that it lies below the strength of the starting sheet material.
Bei dem verwendeten Ausgangsblechmaterial handelt es sich insbesondere um ein härtbares Stahlblechmaterial, das bspw. aus einem 16MnB5- oder einem 22MnB5-Werkstoff besteht. Bei dem Ausgangsblechmaterial handelt es sich insbesondere auch um ein beschichtetes Blechmaterial (bspw. mit zinkbasierten Beschichtungen, aluminiumbasierte Beschichtungen oder ähnlichen Korrosionsschutzbeschichtungen, die auf verschiedene Weisen aufgebracht sein können). Die Blechdicken können im Bereich von 0,1 mm bis 6,0 mm (und mehr) und vorzugsweise im Bereich von 0,8 mm bis 2,5 mm und insbesondere im Bereich von 0,9 mm bis 1,6 mm liegen. (Bleche mit diesen Blechdicken werden auch als Feinbleche bezeichnet.)The starting sheet material used is, in particular, a hardenable steel sheet material which, for example, consists of a 16MnB5 or a 22MnB5 material. The starting sheet material is in particular also a coated sheet material (for example with zinc-based coatings, aluminum-based coatings or similar anticorrosive coatings which can be applied in various ways). The sheet thicknesses may be in the range of 0.1 mm to 6.0 mm (and more) and preferably in the range of 0.8 mm to 2.5 mm and in particular in the range of 0.9 mm to 1.6 mm. (Sheets with these sheet thicknesses are also called thin sheets.)
Unter Warmformen bzw. Warmumformen wird allgemein das Umformen eines Blechmaterials oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur verstanden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Warmformen des Ausgangsblechmaterials ein Presshärten einschließt. Beim Presshärten wird das Ausgangsblechmaterial (wobei es sich um eine Platine oder um ein Blechformteil handeln kann) zunächst in einem Ofen auf über 850°C erwärmt. Das erwärmte Ausgangsblechmaterial wird anschließen in ein gekühltes Umformwerkzeug (so genanntes Presshärtewerkzeug) eingelegt und durch Schließen des Umformwerkzeugs umgeformt oder auch nur in der Form gehalten (Formhalten). Gleichzeitig erfolgt eine Abkühlung innerhalb weniger Sekunden, wodurch nach den bekannten metallurgischen Mechanismen eine strukturelle Härtung bzw. Festigkeitserhöhung des Blechmaterials eintritt. Hierbei können derzeit Zugfestigkeiten von bis zu 1650 MPa und mehr erreicht werden. Beim Presshärten entfällt demnach das oben als separater Verfahrensschritt erläuterte Durchführen eines Härtevorgangs am Blechformteil.By thermoforming or hot forming is generally understood the forming of a sheet material above its recrystallization temperature. It is preferably provided that the thermoforming of the starting sheet material includes press hardening. In press hardening, the starting sheet material (which may be a blank or a sheet metal part) is first heated to over 850 ° C in an oven. The heated starting sheet material is then inserted into a cooled forming tool (so-called press hardening tool) and reshaped by closing the forming tool or even kept in shape (holding shape). At the same time, a cooling takes place within a few seconds, whereby a structural hardening or increase in strength of the sheet material occurs according to the known metallurgical mechanisms. Currently, tensile strengths of up to 1650 MPa and more can be achieved. During press hardening, therefore, the hardening process on the sheet metal part described above as a separate step is omitted.
Das bereichsweise Wärmebehandeln des Blechformteils erfolgt bevorzugter Weise mit wenigstens einem Gasbrenner, dessen wenigstens eine Verbrennungsflamme (nachfolgend nur als Flamme bezeichnet) in dem wenigstens einen betreffenden Bereich direkt auf das Blechformteil bzw. das Blechmaterial gerichtet wird (nachfolgend auch als Beflammung bezeichnet), was automatisiert erfolgen soll. Der Gasbrenner kann eine oder mehrere Flammdüsen aufweisen, wobei mehrere Flammdüsen z. B. in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordnet sein können, so dass sich ein kammartiges Flammmuster ergibt.The partial heat treatment of the sheet metal part is preferably carried out with at least one gas burner whose at least one combustion flame (hereinafter referred to as flame) is directed in the at least one relevant area directly to the sheet metal part or the sheet material (hereinafter also referred to as flame treatment), which automated should be done. The gas burner may have one or more flame nozzles, wherein a plurality of flame nozzles z. B. can be arranged in a row or in several rows, so that there is a comb-like flame pattern.
Bevorzugt sind mehrere Gasbrenner vorgesehen, die beidseitig des Blechformteils angeordnet werden (fest oder beweglich) und deren Flammen gleichzeitig an beiden Blechseiten gegen das Blechformteil bzw. Blechmaterial gerichtet sind. Insbesondere sind die Gasbrenner bezüglich des Blechformteils sich direkt gegenüberliegend angeordnet.Preferably, a plurality of gas burners are provided, which are arranged on both sides of the sheet metal part (fixed or movable) and their flames simultaneously on both sides of the sheet against the Sheet metal or sheet metal are directed. In particular, the gas burners with respect to the sheet metal part are arranged directly opposite one another.
Durch die direkte Wärmeeinbringung mittels Flamme wird ein so genanntes Anlassen oder auch Tempern des Blechmaterials erreicht, was in einem derart erwärmten Bereich zu der oben beschriebenen Festigkeitsreduzierung bzw. Härtereduzierung und Duktilitätssteigerung bzw. Zunahme der Zähigkeit führt. Das Wärmebehandeln mittels eines oder mehrerer Gasbrenner kann unmittelbar nach dem Durchführen eines Härtevorgangs bzw. Presshärtevorgangs, bspw. unmittelbar nach der Entnahme des Blechformteils aus dem Presshärtewerkzeug und bevor dieses auf einem Blechformteilestapel abgelegt wird, erfolgen. Der wenigstens eine Gasbrenner ist hierbei in die Fertigungslinie integriert. Das Wärmebehandeln kann jedoch auch zu einem späteren Zeitpunkt und/oder an einem anderen Ort durchgeführt werden.Due to the direct heat input by means of a flame, a so-called annealing or annealing of the sheet material is achieved, which leads in such a heated area to the strength reduction or hardening reduction and ductility increase or increase in toughness described above. The heat treatment by means of one or more gas burners can take place immediately after a hardening process or press hardening process has been carried out, for example immediately after the removal of the sheet metal part from the press hardening tool and before it is deposited on a stack of sheet metal parts. The at least one gas burner is integrated into the production line. However, the heat treatment may also be performed at a later time and / or at a different location.
Die direkte Wärmeeinbringung mittels Flamme (Anlassen oder Tempern mittels Gasflamme) bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen Anlass/Härte-Systemen. Die Erwärmung mittels wenigstens einer Flamme, die direkt auf das Blechformteil bzw. das Blechmaterial gerichtet wird, führt zu einer optimalen Wärmeeinbringung in das Blechmaterial, was eine gute Energiebilanz bedingt. Die direkte Wärmeeinbringung mittels Flamme zeichnet sich zudem durch einen homogenen Energieeintrag und eine gute lokale Begrenzbarkeit aus. Ferner besteht eine verhältnismäßig einfache Regel- und Steuerbarkeit. Somit können geometrisch gut abgrenzbare Werkstoffveränderungen herbeigeführt werden. Bspw. können scharfe Grenzen zwischen „weichen” und „harten” Blechbereichen bzw. Werkstoffbereichen erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil liegt ferner darin, die Wirktiefe des Wärmeeintrags in das Blechmaterial gezielt einstellen zu können und somit beim Anlassen bzw. Tempern unterschiedliche Werkstoffgefüge über der Dicke des Blechmaterials zu erzeugen. Bspw. kann eine weiche und duktile Randschicht und ein harter bzw. fester und spröder Kern erzeugt werden. Die Gefahr von kritischen Rissen in der Randschicht (insbesondere im Crash-Fall), die sich durch das Blechmaterial hindurch ausbreiten können, kann dadurch erheblich verringert werden.The direct heat input by means of flame (tempering or annealing by means of a gas flame) offers considerable advantages over other tempering / tempering systems. The heating by means of at least one flame, which is directed directly to the sheet metal part or the sheet material, leads to an optimal heat input into the sheet material, which requires a good energy balance. The direct heat input by means of a flame is also characterized by a homogeneous energy input and a good local limitability. Furthermore, there is a relatively simple control and controllability. Thus, geometrically well demarcated material changes can be brought about. For example. sharp boundaries between "soft" and "hard" sheet metal areas or material areas can be generated. A further advantage lies in being able to set the depth of action of the heat input in the sheet material specifically and thus to produce different material structure over the thickness of the sheet material during tempering or annealing. For example. a soft and ductile surface layer and a hard or brittle core can be produced. The risk of critical cracks in the surface layer (in particular in the event of a crash), which can propagate through the sheet material, can thereby be considerably reduced.
Ein betroffener Blechformteilbereich kann mittels Gasbrenner einmalig oder auch mehrmalig (mit und ohne zeitliche Unterbrechung) erwärmt werden. Beim mehrmaligen Erwärmen können identische oder aber auch veränderte Parameter (von denen einige nachfolgend noch näher angegeben sind) verwendet werden. Die Temperatur auf die das Blechmaterial in einem betroffenen Bereich bzw. Abschnitt erwärmt wird, kann im Bereich von 100°C bis 1200°C und vorzugsweise im Bereich von ca. 450°C bis 850°C und insbesondere im Bereich von ca. 500°C bis 600°C liegen.An affected sheet metal molding area can be heated by means of a gas burner once or several times (with and without a time interruption). When heated several times, identical or modified parameters (some of which are given below) can be used. The temperature to which the sheet material is heated in an affected area may range from 100 ° C to 1200 ° C, and preferably from about 450 ° C to 850 ° C, and more preferably from about 500 ° C are up to 600 ° C.
Die Zeitdauer der Erwärmung richtet sich nach dem zu erzielenden Effekt, und insbesondere auch nach der Blechdicke und der Blechformteilgeometrie, und kann im Bereich von 0,01 sec bis 5 min liegen. Die Zeitdauer der Erwärmung kann durch Ein- und Ausschalten des Gasbrenners (wenn keine Relativbewegung vorgesehen ist), durch die Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen Gasbrenner und Blechformteil oder durch mehrfaches zeitnahes Überfahren des Blechformteils mit dem Gasbrenner (oder umgekehrt) eingestellt werden.The duration of the heating depends on the effect to be achieved, and in particular also on the sheet thickness and the sheet molding geometry, and may be in the range of 0.01 sec to 5 min. The duration of the heating can be adjusted by turning on and off the gas burner (if no relative movement is provided), by the speed of a relative movement between gas burner and sheet metal part or by multiple timely passing the sheet metal part with the gas burner (or vice versa).
Als Brenngase können Erdgas bzw. Methan, Wasserstoff, Acetylen, Propan und/oder dergleichen verwendet werden. Diese Gase verbrennen weitgehend rückstandsfrei. Selbstverständlich können auch Gasgemische, die insbesondere auch Sauerstoff enthalten, als Brenngas verwendet werden. Die Mischverhältnisse, minimalen Strömungsgeschwindigkeiten und Gasdrücke werden hauptsächlich durch die eingesetzte Brennertechnologie bestimmt. Bedeutend für die Leistung des Gasbrenners und den zu erzielenden Energieeintrag ist insbesondere der Volumenstrom des Brenngases.As fuel gases, natural gas or methane, hydrogen, acetylene, propane and / or the like can be used. These gases burn largely residue-free. Of course, gas mixtures, which in particular also contain oxygen, can be used as fuel gas. The mixing ratios, minimum flow rates and gas pressures are mainly determined by the burner technology used. Significant for the performance of the gas burner and the energy input to be achieved is in particular the volume flow of the fuel gas.
Der optimale Abstand zwischen einem Gasbrenner und dem Blechformteil (bzw. dessen Oberfläche) ist abhängig von der eingesetzten Brennertechnologie und dem verwendeten Brenngas. Der Gasbrenner kann bspw. in einem Abstand von 0,1 mm bis 250 mm und insbesondere in einem Abstand von 10 mm bis 100 mm zum Blechformteil positioniert werden (oder umgekehrt). Der Winkel zwischen einer Flamme und dem Blechformteil (bzw. dessen Oberfläche) kann im Bereich von 10° bis 90° (senkrecht) liegen. Der Winkel kann während des Beflammens veränderbar sein.The optimum distance between a gas burner and the sheet metal part (or its surface) depends on the burner technology used and the fuel gas used. The gas burner can be positioned, for example, at a distance of 0.1 mm to 250 mm and in particular at a distance of 10 mm to 100 mm from the sheet metal part (or vice versa). The angle between a flame and the sheet metal part (or its surface) can be in the range of 10 ° to 90 ° (vertical). The angle may be changeable during flaming.
Bevorzugt ist wenigstens ein taktiler oder berührungslos messender Messsensor vorgesehen, mit dem die mittels Gasbrenner erzeugte Erwärmung des Blechmaterials erfasst werden kann. Ein taktiler Messsensor ist z. B. ein Thermoelement das bspw. auf der von dem Gasbrenner abgewandten Seite des Blechformteils positioniert wird. Ein berührungslos messender Messsensor ist z. B. eine Wärmebildkamera. Bevorzugt ist eine automatisierte Auswertung des von solchen Messsensoren erzeugten Messsignals vorgesehen, um die korrekte Erwärmung des Blechmaterials zu dokumentieren oder um gegebenenfalls auch regelnd in den Erwärmungsvorgang eingreifen zu können.Preferably, at least one tactile or non-contact measuring sensor is provided, with which the heating of the sheet metal material generated by means of gas burners can be detected. A tactile measuring sensor is z. B. a thermocouple, for example, is positioned on the side facing away from the gas burner side of the sheet metal part. A non-contact measuring sensor is z. B. a thermal imaging camera. Preferably, an automated evaluation of the measurement signal generated by such measuring sensors is provided in order to document the correct heating of the sheet metal material or, if appropriate, to be able to intervene in the heating process in a regulating manner.
Vor dem bereichsweisen Wärmebehandeln können die Blechformteile gereinigt und gegebenenfalls auch rückbeölt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Blechformteile, insbesondere wenn es sich um pressgehärtete Blechformteile handelt, in einem ungereinigten Zustand wärmebehandelt werden. Im Falle der bereichsweisen Wärmebehandlung eines ungereinigten Blechformteils ist die Verwendung eines oder mehrerer Gasbrenner besonders vorteilhaft. Eine weitere Besonderheit des direkten Erwärmens mittels Flammen besteht darin, dass eine Korrosionsschutzbeschichtung auf dem Blechmaterial hiervon in der Regel nicht beeinträchtigt wird.Before the area-wise heat treatment, the sheet metal parts can be cleaned and optionally also back-oiled. Preferably, however, it is provided that the sheet metal parts, in particular when it is press-hardened sheet metal parts, are heat treated in an unpurified state. In the case of the partial heat treatment of an unpurified sheet metal part, the use of one or more gas burners is particularly advantageous. Another peculiarity of the direct heating by means of flames is that a corrosion protection coating on the sheet material thereof is not impaired as a rule.
Zum Zwecke der bereichsweisen Wärmebehandlung des Blechformteils kann dieses automatisiert an wenigstens einem feststehenden Gasbrenner vorbeibewegt werden, was insbesondere konturfolgend erfolgt. Dies kann bspw. durch einen Roboter, dessen bewegbarer Roboterarm das Blechformteil greift, oder mit einem Förderband, auf dem das Blechformteil abgelegt wird, erfolgen. Ebenso kann wenigstens ein Gasbrenner automatisiert an dem feststehenden Blechformteil vorbeibewegt werden. Dies kann bspw. durch einen Roboter erfolgen, an dessen bewegbaren Roboterarm der Gasbrenner (oder gegebenenfalls auch mehrere Gasbrenner) befestigt ist. Ein Roboter kann mittels des Roboterarms den Gasbrenner einer räumlichen Blechformteilgeometrie (in allen drei Dimensionen) nachführen. Das betreffende Blechformteil kann hierbei bereits auch verbaut sein, bspw. in einer Kraftfahrzeugkarosserie, so dass die bereichsweise Wärmebehandlung quasi direkt an der Kraftfahrzeugkarosserie bzw. dem Karosseriegerippe ausgeführt wird. Die beiden grundsätzlichen Verfahrensweisen (Bewegen des Blechformteils oder Bewegen des Gasbrenners) sind auch miteinander kombinierbar. Bei einer dritten Verfahrensweise findet während der Beflammung keine Relativbewegung statt. Eine jeweilige konkrete Ausgestaltung liegt im Ermessen des Fachmanns.For the purpose of area-wise heat treatment of the sheet metal part this can be automatically moved past at least one stationary gas burner, which takes place in particular contour following. This can be done, for example, by a robot whose movable robot arm grips the sheet metal part, or with a conveyor belt on which the sheet metal part is deposited. Likewise, at least one gas burner can be automatically moved past the stationary sheet metal part. This can be done, for example, by a robot, to whose movable robot arm the gas burner (or possibly also a plurality of gas burners) is fastened. A robot can use the robot arm to track the gas burner of a spatial sheet metal part geometry (in all three dimensions). In this case, the sheet metal part in question may already be installed, for example in a motor vehicle body, so that the regional heat treatment is carried out virtually directly on the motor vehicle body or the body skeleton. The two basic procedures (moving the sheet metal part or moving the gas burner) can also be combined with each other. In a third procedure, there is no relative movement during flame treatment. A respective specific embodiment is at the discretion of the person skilled in the art.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst:
- – ein (insbesondere pressengebundenes) Umformwerkzeug zum Warmformen eines Ausgangsblechmaterials;
- – eine Einrichtung zum Durchführen eines Härtevorgangs an dem zuvor durch Warmformung erzeugten Blechformteil, um eine inhomogene oder einheitliche bzw. homogene Festigkeitserhöhung herbeizuführen bzw. zu erzielen; und
- – wenigstens eine Einrichtung zum bereichsweisen Wärmebehandeln des gehärteten Blechformteils, um in den wärmbehandelten Bereichen (wobei es sich wenigstens um einen Bereich handelt) die zuvor herbeigeführte Festigkeit wieder zu verringern, wobei diese Einrichtung wenigstens einen Gasbrenner aufweist, dessen wenigstens eine Flamme in (wenigstens) einem betreffenden Bereich direkt auf das Blechformteil bzw. dessen Blechmaterial gerichtet wird bzw. gerichtet werden kann.
- - A (in particular press-bound) forming tool for thermoforming a starting sheet material;
- A device for carrying out a hardening process on the previously produced by thermoforming sheet metal part to bring about an inhomogeneous or uniform or homogeneous strength increase or to achieve; and
- At least one means for partially heat treating the hardened sheet metal part to reduce in the heat treated areas (which is at least a region) the previously induced strength, said device having at least one gas burner having at least one flame in (at least) a relevant area is directed directly to the sheet metal part or its sheet material or can be directed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere dem automatisierten Herstellen eines bereichsweise unterschiedlich gehärteten Blechformteils, wobei es sich vorzugsweise um ein pressgehärtetes Blechformteil handeln soll, wozu die einzelnen Einrichtungen bzw. Komponenten entsprechend ausgebildet sind. Das Umformwerkzeug und die Einrichtung zum Durchführen eines Härtevorgangs können in einem Presshärtewerkzeug zusammengefasst sein.The inventive device is used in particular for the automated production of a partially differently hardened sheet metal part, which should preferably be a press-hardened sheet metal part, for which purpose the individual devices or components are designed accordingly. The forming tool and the means for performing a hardening process may be combined in a press-hardening tool.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft und in nicht einschränkender Weise näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.The invention will be explained in more detail below by way of example and not by way of limitation. The features shown in the figures and / or explained below may, regardless of specific feature combinations, be general features of the invention.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit der
Das umzuformende Ausgangsblechmaterial, wobei es sich um ein bereits zinkbeschichtetes Stahlblechmaterial handelt, wird in Form von ebenen Blechplatinen
Die Blechplatinen
Ein aus dem Presshärtewerkzeug
Das bereichsweise Wärmebehandeln (Verfahrensschritt III) des pressgehärteten Blechformteils
Ebenso ist auch eine einseitige Anordnung wenigstens eines Gasbrenners
Wie bereits obenstehend erläutert, kann das Blechformteil
Bei einer dritten Verfahrensweise findet während der Beflammung keine Relativbewegung statt. D. h. das Blechformteil
Die Abkühlung der erwärmten Blechformteilbereiche bzw. Bauteilbereiche
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren, bei dem ein bereitgestelltes gehärtetes Blechformteil, wobei es sich insbesondere um ein pressgehärtetes Blechformteil handelt, unbeachtlich seiner Herstellungshistorie einer bereichsweisen Wärmebehandelung unterzogen wird, um in den wärmbehandelten Bereichen die erhöhte Festigkeit des Blechmaterials gezielt zu verringern. Gemäß der in
Die Erfindung bietet ein vielseitiges Einsatzspektrum. Andere Karosserie- und Fahrwerkskomponenten, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, sind z. B. Seitenschweller, Säulenverstärkungen (für A-Säulen und B-Säulen), Seitenaufprallschutzelemente, Querträger, Längsträger und dergleichen. Die Erfindung kann z. B. auch im Bereich von Verbindungs- bzw. Fügeflanschen im Karosseriebau Anwendung finden, um dort ein Ausreißen von Schweißpunkten oder anderen Verbindungselementen (insbesondere mechanische Verbindungselemente wie z. B. Stanznieten oder Schrauben und dergleichen) zu verhindern. Hierfür wird die Festigkeit des Blechmaterials in den betreffenden Verbindungsbereichen durch eine lokale Wärmebehandlung gezielt reduziert, wie vorausgehend erläutert. In den festigkeitsreduzierten Verbindungsbereichen können dann z. B. auch Stanznieten oder ähnliche Verbindungselemente eingesetzt werden, die bei einem homogen pressgehärteten Blechformteil bislang nicht zur Anwendung kommen. Mit einem pressgehärteten und bereichsweise wärmebehandelten Blechformteil können insbesondere unter Verwendung von mechanischen Verbindungselementen (wie vorausgehend erläutert) verschiedenste Materialien (wie bspw. auch Aluminiummaterialien, CFK-Materialien und dergleichen) gefügt werden, was insbesondere für die Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien zunehmend an Bedeutung gewinnt (so genannter Mischbau).The invention offers a versatile range of uses. Other body and chassis components that can be produced by a method according to the invention are, for. As side skirts, column reinforcements (for A-pillars and B-pillars), side impact protection elements, cross member, side members and the like. The invention may, for. B. also in the field of connecting or joining flanges in the bodywork application, there to prevent tearing of welds or other fasteners (especially mechanical fasteners such as punch rivets or screws and the like). For this purpose, the strength of the sheet material in the respective connection areas is selectively reduced by a local heat treatment, as previously explained. In the strength reduced connection areas can then z. B. also punch rivets or similar fasteners are used, which are not yet used in a homogeneous press-hardened sheet metal part. With a press-hardened and partially heat-treated sheet metal part, various materials (such as, for example, aluminum materials, CFRP materials and the like) can be joined, in particular using mechanical connecting elements, which is becoming increasingly important, in particular for the production of motor vehicle bodies mentioned mixed construction).
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- BlechplatinenstapelSheet metal blank stack
- 1111
- Blechplatinesheet metal blank
- 1212
- BlechformteilSheet metal part
- 12a12a
- Bereich(e) mit reduzierter FestigkeitArea (s) with reduced strength
- 2020
- PresshärtewerkzeugPress hardening tool
- 3030
- Gasbrennergas burner
- 3131
- Flamme(n)Flames)
- 4040
- BlechformteilstapelSheet molding stack
- II
- Verfahrensschrittstep
- IIII
- Verfahrensschrittstep
- IIIIII
- Verfahrensschrittstep
- IVIV
- Verfahrensschrittstep
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007024797 A1 [0004] DE 102007024797 A1 [0004]
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-
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- 2012-06-25 DE DE201210210693 patent/DE102012210693A1/en active Pending
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