DE102014112244A1

DE102014112244A1 - Verfahren und Presse zur Herstellung wenigstens abschnittsweise gehärteter Blechbauteile

Info

Publication number: DE102014112244A1
Application number: DE102014112244.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Frost
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN105478559A; EP2993241A1; EP2993241B1; ES2828966T3; US20160059295A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) in einer Presse (1) vorgeschlagen, die einen Pressentisch (5), einen Pressenstößel (6) und mehrere Werkzeugstufen (2; 3) umfasst, mit folgenden Schritten: • Wenigstens abschnittsweise Erwärmen einer Blechplatine (26) auf eine Temperatur von größer als die Austenitisierungstemperatur Ac3, • Einlegen der erwärmten Blechplatine (26) in eine erste Umformwerkzeugstufe (2) der Presse (1), • Warmumformen der Blechplatine (26) zum Blechbauteil (27) in der Umformwerkzeugstufe (2), wobei dabei die Presse (1) eine Schließbewegung (Y) ausführt, • Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) für eine erste Haltezeit (t2') • Abkühlen der umgeformten Blechplatine (26) während der ersten Haltezeit (t2‘), und • Transfer der umgeformten Blechpatine (26) in eine zweite Werkzeugstufe (3), • Wenigstens abschnittsweises Härten der Blechplatine (26) durch Abkühlen in der zweiten Werkzeugstufe (3) innerhalb wenigstens einer zweiten Haltezeit (t4'), wobei die Umformwerkzeugstufe (2) während der Schließbewegung von einem oberen Umkehrpunkt zu einem unteren Umkehrpunkt der Presse (1) durch wenigstens ein elastisches Stellglied (7) relativ zur Presse (1) bewegt wird, so dass das Warmumformen beendet wird und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse (1) den unteren Umkehrpunkt (UP) erreicht und/oder dass das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) durch ein elastisches Stellglied (7) erst während der Aufwärtsbewegung der Presse (1) beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse (1) vollständig durchfahren wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Presse zur Herstellung wenigstens abschnittsweise gehärteter Blechbauteile.
In der Umformtechnik ist es bekannt, Blechbauteile aus Metallbandmaterial, insbesondere aus Stahl, durch eine wenigstens einstufige Umformoperation in einer Presse durchzuführen. Dazu wird das Blech vom Band abgewickelt und es werden Blechplatinen bestimmter Formgeometrie vom Band geschnitten. Anschließend erfolgt das Umformen in einer Presse mit wenigstens einer Presswerkzeugstufe.
Gerade im Automobilbauumfeld ist es üblich, komplexe Geometrien herzustellen und am Bauteil neben der Formgebung gleichzeitig auch bestimmte mechanische Eigenschaften einzustellen. Dazu ist das Warmformen, auch bekannt als Presshärten oder Formhärten, seit vielen Jahren weit verbreitet zur Herstellung von Fahrwerk- und Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugen.
Die DE 10 2008 034 596 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen wenigstens abschnittsweise gehärteter Blechbauteile in zwei aufeinanderfolgenden Werkzeugstufen, wobei jede Werkzeugstufe ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug angeordnet in einer Presse aufweist und durch Schließbewegung der Presse Oberwerkzeug und Unterwerkzeug geschlossen werden und dadurch eine auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Blechplatine zum Blechbauteil warmumgeformt wird. Durch Zuhalten und Kontakt der Blechplatine mit den Werkzeughälften wird die geformte Blechplatine rasch abgekühlt. Zudem sollen durch Vorsehen von Spalten zwischen den Werkzeughälften oder durch Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe mit verschiedener Wärmeleitfähigkeit im Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug nur abschnittsweise gehärtete Blechbauteile erzeugt werden.
Die DE 10 2009 057 382 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Presse mit mehreren Werkzeugstufen zum Warmformen von auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Blechplatinen zur Herstellung gehärteter Blechbauteile. Nach dem Warmformen in einer gekühlten Umformwerkzeugstufe soll in einer weiteren gekühlten Werkzeugstufe das Blechbauteil gehärtet und anschließend kalt beschnitten werden. Die Presse soll mit hohem Durchsatz betrieben werden, weshalb vorgeschlagen wird, die Werkzeugstufen mit Oberwerkzeug und Unterwerkzeug so frühzeitig wie möglich zu schließen und so spät wie möglich zu öffnen.
Aufgabe der Erfindung ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es, ein großindustriell umsetzbares und zuverlässiges Verfahren sowie eine Presse zur Herstellung gehärteter Blechbauteile vorzuschlagen, welche einen gesteigerten Produktionsdurchsatz und eine höhere resultierende Produktqualität aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe betreffend des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 11 stellen vorteilhafte Ausführungsvarianten dar.
Die Aufgabe wird des Weiteren gegenständlich gelöst durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 12. Die davon abhängigen Unteransprüche 13 bis 18 bilden vorteilhafte Ausführungsvarianten.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils vorgeschlagen, welches in einer Presse, die einen Pressentisch, einen Pressenstößel und mehrere Werkzeugstufen umfasst, durchgeführt wird. Dabei werden die folgenden Schritte durchgeführt:

• Wenigstens abschnittsweises Erwärmen einer Blechplatine auf eine Temperatur von größer als die Austenitisierungstemperatur Ac3,
• Einlegen der erwärmten Blechplatine in eine erste Umformwerkzeugstufe der Presse,
• Warmumformen der Blechplatine zum Blechbauteil in der Umformwerkzeugstufe, wobei dabei die Presse eine Schließbewegung ausführt,
• Zuhalten der Umformwerkzeugstufe für eine erste Haltezeit,
• Abkühlen der umgeformten Blechplatine während der ersten Haltezeit, und
• Transfer der umgeformten Blechplatine in eine zweite Werkzeugstufe,
• wenigstens abschnittsweises Härten der Blechplatine durch Abkühlen in der zweiten Werkzeugstufe innerhalb wenigstens einer zweiten Haltezeit.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umformwerkzeugstufe während der Schließbewegung von einem oberen Umkehrpunkt zu einem unteren Umkehrpunkt der Presse durch wenigstens ein elastisches Stellglied relativ zur Presse bewegt wird, so dass das Warmumformen beendet wird und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse den unteren Umkehrpunkt erreicht, und/oder dass das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe durch ein elastisches Stellglied erst während der Aufwärtsbewegung der Presse beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse vollständig durchfahren wurde.
Damit wird ein hoch wirtschaftliches Herstellungsverfahren, vor allem für die industrielle Großserienfertigung erreicht und gleichzeitig eine Verbesserung von Prozess- und Bauteilqualität bewirkt. Konkret kann die Zykluszeit vom Warmumformen und Härten des Blechbauteils reduziert werden, indem die Umformung sehr frühzeitig beginnt und endet sowie die Haltezeit zum Abschrecken des geformten Blechbauteils in den einzelnen Werkzeugstufen maximal ausgenutzt wird. Zudem lassen sich durch das/die elastischen Stellglieder Ungenauigkeiten in der Positionierung von Ober- und Unterwerkzeug der Umformwerkzeugstufe sowie Unstetigkeiten in der Oberflächenbeschaffenheit und Dicke der Blechplatine ausgleichen.
Die Blechplatine wird durch Warmumformen zum Blechbauteil weiterverarbeitet, wobei in der folgenden Beschreibung beide Begriffe auch parallel verwendet werden, wenn es nicht um die durch das Umformen hervorgerufenen Eigenschaften geht, sondern die Verfahrensschritte, insbesondere die Wärmebehandlung und die Presse näher erläutert werden.
Im Rahmen der Erfindung wird die Blechplatine durch an sich bekannte Erwärmungsmethoden wenigstens abschnittsweise auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur der verwendeten Stahllegierung gebracht. Sinnvoll ist im Rahmen der Erfindung die Verwendung von Heizeinrichtungen hoher Aufheizrate, so zum Beispiel durch Kontakterwärmung mit induktiv oder konduktiv beheizten Kontaktmassen, direkte Brennererwärmung oder Ofenerwärmung mit Ofenraumübertemperatur. Auch eine Kombination daraus oder mit anderen bekannten Ofentypen ist möglich, beispielsweise bei Verwendung metallisch beschichteter Blechplatinen.
Die Austenitisierungstemperatur Ac3 wird auch als Rekristalliationstemperatur bezeichnet, wobei die Höhe der Austenitisierungstemperatur von der genauen Legierungszusammensetzung abhängt. Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich der Einsatz von Manganborstählen bewährt, welche nach dem Erwärmen durch rasches Abkühlen beziehungsweise Abschrecken eine durchgehende Härtung durch Umwandlung des austenitischen Gefüges in Martensitgefüge erfahren. Mit der Härte nehmen die mechanischen Eigenschaften Streckgrenze Rp0,2 und Zugfestigkeit Rm zu, während maximaler Biegewinkel und Dehnung A50 abnehmen.
Unter Haltezeit ist erfindungsgemäß derjenige Zeitraum zu verstehen, in welchem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zumindest der Umformwerkzeugstufe und der zweiten Werkzeugstufe geschlossen sind, sich also wenigstens abschnittsweise in innigem Kontakt mit der geformten Blechplatine beziehungsweise mit dem Blechbauteil befinden.
Der Begriff Transfer beinhaltet jegliche Handhabungsoperation, die den Transport des Blechbauteils von einer Werkzeugstufe in die zeitlich nächstfolgende Werkzeugstufe bewirkt, einschließlich der Entnahme aus der jeweiligen Werkzeugstufe und Einlegen in die jeweilige Werkzeugstufe.
Der Umkehrpunkt der Presse ist erfindungsgemäß so definiert, dass die Presse im Arbeitstakt genau eine geöffnete Stellung, den oberen Umkehrpunkt und genau eine maximal geschlossene Stellung, den unteren Umkehrpunkt, erreicht. Davon ist je nach Pressenart eine zu Wartungs- oder Umrüstvorgängen erreichbare maximal geöffnete Stellung der Presse, die unter Umständen größer sein kann als der obere Umkehrpunkt, zu unterscheiden.
Bevorzugt werden während oder nach Abschluss des Warmumformens in der Umformwerkzeugstufe ein Randbeschnitt und/oder eine Lochung durchgeführt, insbesondere bevor die Presse vollständig geschlossen wird. Das hat den Vorteil, dass eine anschließende Lochung beziehungsweise ein Randbeschnitt im kalten und gehärteten Zustand des Blechbauteils unterbleiben kann und damit Werkzeugverschleiß und zusätzliche Handlingprozesse vermieden werden. Dadurch, dass das Lochen oder der Beschnitt noch vor dem vollständigen Schließen der Presse erfolgt, kann die Schließbewegung für den Antrieb der Schneidmittel genutzt werden, die für das Lochen oder Beschneiden notwendig sind. Im Anschluss daran wird das beschnittene Blechbauteil zur weiteren, wenigstens abschnittsweisen, raschen Abkühlung in die zweite Werkzeugstufe transferiert.
Auch die zweite Werkzeugstufe wird bevorzugt, wenigstens bereichsweise, während der Schließbewegung der Presse durch wenigstens ein elastisches Stellglied relativ zur Presse bewegt, so dass das Zuhalten beginnt, bevor die Presse den unteren Umkehrpunkt erreicht. Es ist aber auch möglich, dass das Zuhalten der zweiten Werkzeugstufe wenigstens abschnittsweise durch ein elastisches Stellglied erst während der Aufwärtsbewegung der Presse beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse vollständig durchfahren wurde. Am bevorzugtesten ist durch wenigstens ein elastisches Stellglied die zweite Werkzeugstufe so zur Presse gelagert, dass während eines maßgeblichen Zeitanteils der Schließbewegung und während eines maßgeblichen Zeitanteils der Aufwärtsbewegung Oberwerkzeug und Unterwerkzeug geschlossen bleiben. Als maßgeblich ist dabei ein Zeitanteil von mehr als je 30 Prozent an der Schließbewegung und/oder an der Aufwärtsbewegung der Presse anzusehen.
Weiterhin kann die Umformwerkzeugstufe und bevorzugt auch die zweite Werkzeugstufe durch das elastische Stellglied mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch federgelagert werden. Die elastischen Stellglieder selbst können dabei entweder passiv rein mechanisch wirksam werden, indem sie eine der Pressenkraft entgegenwirkende Kraft auf Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug dauerhaft aufbringen. Zu nennen wären dafür als einfaches Beispiel Spiralfedern oder Federpakete aus anderen mechanischen Federn. Es ist aber auch möglich, dass wenigstens ein elastisches Stellglied aktiv angesteuert wird, um einen während der Pressenbewegung differenzierten Stellkraftverlauf des Stellgliedes einzustellen. Letzteres ermöglicht es, zwischen einem für das Warmumformen hinreichenden Stellkraftniveau und einem für das Zuhalten erforderlichen höheren Stellkraftniveau zu unterscheiden, dabei aber das elastische Stellglied um die damit verbundene Aktuatorik zu schonen. Dadurch kann auch die Haltezeit insgesamt zur Durchführung der raschen Abkühlung und zum Härten des Blechbauteils reduziert werden.
Der Transfer des Blechbauteils erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch ein Transfersystem, insbesondere durch einen linear geführten Transferbalken mit Greifern, in einer Transferzeit von 1 bis 4 Sekunden, bevorzugt in 2 bis 3 Sekunden, zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen. Es ist damit möglich, die Wärmeverluste während der Bewegung des Blechbauteils zwischen den Werkzeugstufen so niedrig wie möglich zu halten und auf komplizierte mehrachsige Handhabungsvorrichtungen idealerweise zu verzichten. Dabei kann vorgesehen werden, dass die Greifer des Transfersystems an das Blechbauteil bereits nah herangeführt werden, bevor die Presse den oberen Umkehrpunkt erreicht hat. Insbesondere können dafür in den Werkzeugstufen Ausnehmungen zur kollisionsfreien Durchführung des Transfersystems beziehungsweise zum Heranführen der Greifer nah an das Blechbauteil vorgesehen werden, so dass das Blechbauteil sofort mit dem Auseinanderführen von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, das heißt nach Ende der Haltezeit, durch das Transfersystem beziehungsweise durch die Greifer der Umformwerkzeugstufe entnommen und weiterbewegt wird.
Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders einfache und zuverlässige Weise ein nur abschnittsweise gehärtetes Blechbauteil hergestellt werden. Abschnittsweise bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass das Blechbauteil wenigstens einen ersten Abschnitt mit relativ niedriger Festigkeit und Steckgrenze mit einem Gefüge, welches bevorzugt ungehärtet oder nur in geringem Maße gehärtet ist sowie wenigstens einen zweiten Abschnitt mit hoher Festigkeit Rm und Streckgrenze Rp0,2 aber reduzierter Dehnung A50 aufweist und im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge besitzt. Das bedeutet, dass der erste Abschnitt des Blechbauteils eine Zugfestigkeit zwischen 400 und 800 Megapascal (MPa), insbesondere zwischen 450 und 650 MPa, und überwiegend Ferrit-Perlit-Gefügebestandteile aufweist.
Bevorzugt wird in der Umformwerkzeugstufe eine Abkühltemperatur des Blechbauteils eingestellt, die in einem ersten Abschnitt der Blechplatine größer ist als die zur Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitstarttemperatur Ms und die in einem zweiten Abschnitt kleiner ist als Ms, wobei die Blechplatine im ersten Abschnitt insbesondere auf eine Abkühltemperatur von 540 bis 660°C gekühlt wird. Neben der Abkühltemperatur ist es in den zweiten Abschnitten wichtig, auch eine hohe Abkühlrate oberhalb von 25 Kelvin pro Sekunde (K/s), insbesondere oberhalb von 70 K/s einzuhalten, um eine ausreichende Durchhärtung des Gefüges in diesem Abschnitt sicherzustellen. Durch die Abkühlung des ersten Abschnitts der Blechplatine in geringerem Maße und auf eine höhere Temperatur verglichen mit der Abkühlung im zweiten Abschnitt wird erreicht, dass eine Gefügeumwandlung in der Blechplatine vom austenitischen Zustand in Martensit unterbunden wird, gleichzeitig aber eine Gefügeumwandlung von Austenit zu Ferrit und/oder Perlit beginnt.
Um im ersten Abschnitt ein besonders dehnbares und zuverlässig rissfrei verformbares, insbesondere deformierbares Bauteil zu erhalten, kann in der zweiten Werkzeugstufe eine Abkühltemperatur des Blechbauteils eingestellt werden, die am Ende der zweiten Haltezeit in dem ersten Abschnitt zwischen 350 bis 500°C beträgt und in dem zweiten Abschnitt kleiner ist als die zur vollständigen Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitfinishtemperatur Mf, wobei das Blechbauteil im zweiten Abschnitt bevorzugt auf kleiner 200°C, insbesondere auf Raumtemperatur, gekühlt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass das Stahlgefüge im ersten Abschnitt genügend Zeit bei einer gegenüber dem ersten Abschnitt deutlich erhöhten Temperatur hat, um die Gefügeumwandlung zu Ferrit und/oder Perlit zu vollziehen, ohne dass Bainit oder gar Martensit in erheblichen Maßen entsteht. Demgegenüber soll durch die Temperierung des zweiten Abschnitts erreicht werden, dass ein vollständig martensitisches Gefüge entsteht, wobei damit eine Zugfestigkeit zwischen 1400 und 2100 MPa, bevorzugt 1450 und 1800 MPa, je nach Stahllegierung, insbesondere je nach Kohlestoff- und Mangangehalt, eingestellt wird.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das Blechbauteil für eine erste Haltezeit zwischen 2 und 8 Sekunden und für eine zweite Haltezeit zwischen 2 und 10 Sekunden gehalten wird. Es ergibt sich somit bei unveränderter Taktzeit der Presse nahezu eine Verdopplung der verfügbaren Zeitdauer für die Abkühlung der geformten Blechplatine und für die damit einhergehenden Gefügeumwandlungen. Der Unterschied der beiden Haltezeiten ergibt sich vor allem aus der erforderlichen Zeitdauer für das Warmumformen in der Umformwerkzeugstufe.
Bevorzugt beträgt die Taktzeit der Presse mit einer Umformwerkzeugstufe und einer zeitlich darauf folgenden zweiten Werkzeugstufe zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt und ihrem unteren Umkehrpunkt zwischen 3 und 11 Sekunden. Dadurch ist es möglich, eine extrem hohe Ausbringungsmenge beziehungsweise einen hohen Durchsatz und damit sehr niedrige Fertigungskosten zu erreichen. In Kombination mit der Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile ergibt sich zudem der Vorteil, dass die Bauteileigenschaften und die Qualität unter dem hohen Produktionstakt nicht leiden. Betont werden sollte dabei, dass die erzeugten Blechbauteile eine hohe Maßhaltigkeit aufweisen, im Gegensatz zu einem einstufigen Warmform- und Presshärteverfahren zur Herstellung abschnittsweiser pressgehärteter Blechbauteile mit beheizten Werkzeugbereichen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Härten erst in einer dritten Werkzeugstufe beendet wird, wobei danach das Blechbauteil vollständig eine Abkühltemperatur unterhalb von 200°C aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Taktzeit der Presse noch einmal reduziert werden kann und am Ende der Presse ein kühles und bei Berührung unkritisches Blechbauteil entnommen werden kann. Ein Restwärmeverzug ist insbesondere durch die Angleichung der Abkühltemperaturen der beiden Abschnitte des Blechbauteils vollständig ausgeschlossen.
Bevorzugt beträgt die Taktzeit der Presse mit einer Umformwerkzeugstufe und einer zweiten Werkzeugstufe und einer dritten Werkzeugstufe, mithin bei einem dreistufigen zeitlich aufeinanderfolgenden Prozess, zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt und ihrem unteren Umkehrpunkt zwischen 3 und 9 Sekunden. Um diese niedrige Taktzeit der Presse zu erreichen, ist bevorzugt die Verwendung einer mechanischen Kurbel- oder Exzenterpresse oder einer servoelektrischen Presse vorzusehen, wobei im Falle der mechanischen Presse die Umkehrpunkte dabei ohne wesentliche Unterbrechung der Pressenbewegung durchlaufen werden. Eine Haltezeit durch Pressenstillstand kann so vorteilhafterweise entfallen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Presse zum Herstellen wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils. Die Presse weist mehrere Werkzeugstufen, einen Pressenstößel und einen Pressentisch auf, und kann insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Werkzeugstufe eine wenigstens bereichsweise kühlbare Umformwerkzeugstufe zur Warmumformung von Blechplatinen ist, die ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug umfasst, welche in einem geschlossenen Zustand einen Formhohlraum ausbilden.
Gekennzeichnet ist die Presse dadurch, dass zwischen Pressentisch und Unterwerkzeug wenigstens ein elastisches Stellglied angeordnet ist, so dass entweder das Unterwerkzeug relativ zum Pressentisch anhebbar ist, und/oder das Oberwerkzeug in einem Abstand relativ zum Pressenstößel druckbeaufschlagbar ist, um den geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe herzustellen, bevor die Presse vollständig geschlossen ist.
Es ist mit anderen Worten möglich, dass das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug von Pressentisch oder Pressenstößel wenigstens solange beabstandet ist, bis der untere Umkehrpunkt der Presse erreicht wird. Der Abstand ist durch das elastische Stellglied einstellbar und verringert sich während des Warmumformens und bevorzugt auch noch während eines Zeitanteils der Haltezeit im geschlossenen Zustand von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug. Für den Ausgleich der Lage von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug untereinander sowie eventuell vorhandener Unstetigkeiten der Dicke der Blechplatine ist ein einseitig angeordnetes elastisches Stellglied ausreichend. Denkbar ist aber auch, beidseitig, mithin zwischen Oberwerkzeug und Pressenstempel sowie zwischen Unterwerkzeug und Pressentisch, entsprechende Stellglieder vorzusehen. Soll gleichzeitig oder nach dem Warmumformen ein Beschnitt oder ein Lochen in der Umformwerkzeugstufe erfolgen, ist zudem denkbar, auch ein auf einem elastischen Stellglied lagerbares Schneidmittel vorzusehen.
Bevorzugt ist durch das elastische Stellglied ein vertikaler Stellweg einstellbar, wobei der Stellweg weniger als der maximale Pressenhubweg zwischen den oberen und unteren Umkehrpunkten der Presse, mindestens jedoch 100 mm beträgt. In Kombination mit der durch den Pressenantrieb vorgegebenen Geschwindigkeit bei der Schließbewegung und bei der Aufwärtsbewegung der Presse ist es somit vorteilhaft möglich, die Haltezeit durch Kontakt zwischen Blechplatine, Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zu verlängern.
Weiterhin bevorzugt weist das elastische Stellglied eine Stellkraft auf, die wenigstens über einen Teil eines Stellweges vom oberen Umkehrpunkt zum unteren Umkehrpunkt der Presse ansteigt, insbesondere ist die Stellkraft im geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe wenigstens 20 Prozent größer, wodurch der Kontakt- und Anpressdruck zwischen der Werkzeugstufe und dem Blechbauteil erhöht und damit ein hoher Wärmeübergang beziehungsweise das schnelle Erreichen wenigstens einer gewünschten Abschrecktemperatur des Blechbauteils möglich ist.
Um nur abschnittsweise gehärtete Bauteil herzustellen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass zumindest die Umformwerkzeugstufe bereichsweise durch eine Heizquelle beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt eine reduzierte Abkühlgeschwindigkeit in dem Blechbauteil zu bewirken, wobei unbeheizte Bereiche Kühlkanäle zur Durchführung eines Kühlmediums aufweisen. Konkret ist dadurch im unbeheizten Bereich der Werkzeugstufe eine Temperatur nahe der Raumtemperatur, in jedem Fall aber unter 200°C einstellbar. Durch die Heizquelle ist im beheizten Bereich eine Temperatur zwischen 650 und 450°C einstellbar. Somit sind das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug dafür vorgesehen, das geformte Blechbauteil während der Haltezeit mit unterschiedlicher Abkühlrate und dadurch auf verschiedene Abschrecktemperatur abzukühlen beziehungsweise auf diesen Temperaturen zu halten. Wie oben bereits beschrieben, sind damit im Blechbauteil ein erster Abschnitt mit geringerer Zugfestigkeit und wenigstens ein zweiter Abschnitt mit hoher Festigkeit einstellbar.
Alternativ oder bevorzugt ergänzend ist es auch möglich, dass sowohl die Umformwerkzeugstufe als auch wenigstens die darauf folgende zweite Werkzeugstufe bereichsweise, insbesondere durch eine Heizquelle, beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt zumindest kein vollständig gehärtetes Blechbauteil zu erhalten. Es ergeben sich dieselben Merkmale und Vorteile wie oben beim Verfahren zur Herstellung nur abschnittsweise gehärteter Blechbauteile zur zweiten Werkzeugstufe bereits ausgeführt wurde.
Weiterhin kann der unbeheizte Bereich der zweiten Werkzeugstufe zumindest korrespondierend zu einem Übergangsabschnitt zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt des Blechbauteils eine aktive Kühlquelle aufweisen. Die Kühlquelle dient dazu, einen Wärmeübergang zwischen den unterschlich temperierten Abschnitten der Blechplatine zu reduzieren um so einen möglichst schmalen Übergangsabschnitt zu gewährleisten. Das hat den Vorteil, dass Konstrukteure bei der Auslegung von Blechbauteilen, insbesondere für die Fahrzeugindustrie nur eine kleine Fläche berücksichtigen müssen, denen keine mechanischen Kennwerte direkt zugeordnet beziehungsweise für die keine mechanischen Kennwerte garantiert werden können. Auch ist der sichergestellt, dass der zweite Bereich durchgehend eine homogene Verteilung des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften aufweist. Die Kühlquelle kann dabei durch das Kühlmedium selbst gebildet sein, und/oder einen außerhalb der Presse angeordneten Wärmetauscher umfassen, der in Wirkverbindung mit dem Kühlmedium und den Kühlkanälen zumindest der Umformwerkzeugstufe steht.
Schließlich ist es der erste Abschnitt und der Übergangsabschnitt des Blechbauteils zumindest in der zweiten Werkzeugstufe formschlüssig durch Fixierelemente fixierbar. Im Falle einer dreistufigen Presse mit Umformwerkzeugstufe, zweiter Werkzeugstufe und dritter Werkzeugstufe ist das Blechbauteil bevorzugt auch in der dritten Werkzeugstufe formschlüssig durch Fixierelemente fixierbar. Damit ergibt sich für die erfindungsgemäße Presse eine Vergleichmäßigung der Presskraft in allen Werkzeugstufen und insbesondere wird verhindert, dass Pressentisch und Pressenstößel ungleichmäßig zueinander ausgerichtet sind.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen:
1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse im Querschnitt,
2a und 2b eine zweite Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe der erfindungsgemäßen Presse im Querschnitt und Längsschnitt,
3 eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse im Längsschnitt,
4a und 4b ein Ablaufschema für erfindungsgemäßes Verfahren anhand eines Längsschnitts durch die Umformwerkzeugstufe zu verschiedenen Zeitpunkten des Pressentaktes,
5 eine Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile,
6 eine alternative Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile im Längsschnitt,
7a und 7b eine alternative Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 7a) im Längsschnitt und 7b) im Horizontalschnitt,
8a und 8b eine alternative Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Presse zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 8a) im Längsschnitt und 8b) im Horizontalschnitt,
9a einen Zeit-Temperatur-Verlauf der Blechplatine für das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweistufigen Presse und separater Kühlstufe und
9b einen Zeit-Temperatur-Verlauf der Blechplatine für das erfindungsgemäße Verfahren in einer dreistufigen Presse.
1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Presse 1 mit zwei Werkzeugstufen, der Umformwerkzeugstufe 2 sowie einer zweiten Werkzeugstufe 3. Eine zunächst ungeformte Blechplatine 26 durchläuft zur Umformung in ein Blechbauteil 27 zunächst die Umformwerkzeugstufe 2 und dann die zweite Werkzeugstufe 3. Die Presse 1 weist einen Pressenstößel 6 sowie einen Pressentisch 5 auf, wobei auf dem Pressentisch 5 zwei Spannplatten 10 angeordnet sind. Jede Spannplatte 10 weist weiterhin mehrere elastische Stellglieder 7 auf, welche sich von der Spannplatte 10 in Richtung Pressenstößel 6 erstrecken, wobei an den dem Pressentisch 5 abgewandten Enden des Pressenstößels 6 eine Werkzeugspannplatte 9 festgelegt ist. Die Spannplatten 10 sind jeweils über Spannelemente 31 am Pressentisch 5 festgelegt. Zudem sind die Werkzeugspannplatten 9 an den dem Pressentisch 5 abgewandten Enden der Stellglieder 7 festgelegt.
An den Werkzeugspannplatten 9 ist über Spannelemente 31‘ je ein Unterwerkzeug 12 festgelegt, welche die Umformwerkzeugstufe 2 sowie die zweite Werkzeugstufe 3 umfasst. Korrespondierend zum Unterwerkzeug 12 ist an dem Pressenstößel 6 ein Oberwerkzeug 11 festgelegt, wobei zwischen Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 eine Blechplatine 26 anordnenbar ist. Sowohl Oberwerkzeug 11 als auch Unterwerkzeug 12 weisen Kühlkanäle 17 auf, wodurch ein Kühlmedium 18 leitbar ist. Weiterhin weist das Unterwerkzeug 12 Führungselemente 32‘ auf, welche in korrespondierende Führungsausnehmung 32 einführbar gestaltet sind. Die Führungselemente 32‘ und Führungsausnehmungen 32 sind korrespondierend zueinander ausgebildet und erlauben die Führung des Oberwerkzeugs 12 und des Unterwerkzeug 11 zueinander. In Folge der durch die elastischen Stellglieder 7 schwimmenden Lagerung der Unterwerkzeuge 12 sind mittels der Führungselemente 21 und Führungsausnehmungen 32 eventuell auftretende Lageabweichungen zu den Oberwerkzeugen 11 quer zur Pressenbewegung ausgleichbar. Die elastischen Stellglieder 7 sind in 1 ausgeführt als pneumatische Federpakete, d.h. es handelt sich um mit Gasdruck beaufschlagbare Stellglieder 7, welche aktiv ansteuerbar sind. Hier dargestellt ist der Zustand der Presse im oberen Umkehrpunkt OP, wobei zu erkennen ist, dass die elastischen Stellglieder 7 das Unterwerkzeug 12 relativ zum Pressentisch 5 anheben, wodurch der Weg der Schließbewegung Y der Umformwerkzeugstufe 2 und der zweiten Werkzeugstufe 3 kürzer ist als der Pressenhubweg zwischen oberem Umkehrpunkt OP und unterem Umkehrpunkt UP der Presse 1.
2a zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse 1, wobei die Presse 1 zwei Werkzeugstufen, hier jedoch im Längsschnitt dargestellt nur die doppeltfallende Umformwerkzeugstufe 2, aufweist. Hinter der Umformwerkzeugstufe 2 ist nicht dargestellt, die zweite ebenfalls doppeltfallende Werkzeugstufe 3 angeordnet, welche die bereits in der Umformwerkzeugstufe 2 warmgeformten Blechplatinen 26 aufnehmen und weiter abkühlen. Der Begriff doppeltfallend bedeutet, dass in der Werkzeugstufe zwei Bauteile gleichzeitig im Pressentakt warmformbar und abkühlbar sind. Im Unterschied zur Ausführungsvariante der 1 sind zudem als elastisches Stellglied 7 mechanische Federpakete 8 ausgebildet, hier als eine Vielzahl von Spiralfedern.
Weiterhin weist die Presse 1 in der zweiten Ausführungsvariante zusätzliche Schneidmittel 33 am Oberwerkzeug 11 und Schneidmittel 33 am Unterwerkzeug 12 auf, welche dazu dienen, die umgeformte Blechplatine beziehungsweise das Blechbauteil 27 im noch warmen und ungehärteten Zustand zu beschneiden. Insbesondere wird hier ein Randbeschnitt durchgeführt, wobei exemplarisch gezeigt die oberen Schneidmittel 33‘ über elastische Stellglieder 34 am Oberwerkzeug 11 festgelegt sind. Die elastischen Stellglieder 34 können ähnlich wie die Stellglieder 7 aktiv oder passiv wirksam sein. Die unteren Schneidmittel 33 sind dagegen fest und unbeweglich mit dem Unterwerkzeug 12 verbunden. Eine umgekehrte Anbindung der Schneidmittel 33, 33‘ an der Umformwerkzeugstufe 2 ist jedoch auch möglich. In der Bildebene links exemplarisch gezeigt wird, dass die Schneidmittel 33 an Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 fest aber austauschbar angebunden sind. Selbstverständlich kann in der Praxis die gleiche Art der Anbindung für beide, sowohl für die rechten als auch für die linken Hälften der Umformwerkzeugstufe 2 ausgeführt sein.
2b zeigt eine Querschnittdarstellung der zweiten Ausführungsvariante der Presse 1 durch die Umformwerkzeugstufe 2, die hier wiederum auf dem mechanischen Federpaket 8 relativbeweglich zum Pressentisch 5 angeordnet ist. Erkennbar ist hier, dass die Kühlkanäle 17 sich über die gesamte Längserstreckung des Oberwerkzeugs 11 und das Unterwerkzeug 12 erstrecken, wobei (hier nicht dargestellt) eine Zu- und Ableitung der Kühlkanäle 17 zu einer Kühlquelle 19, die sich beispielsweise in Form eines Wärmetauschers außerhalb der Umformwerkzeugstufe 2, bevorzugt auch außerhalb der Presse 1, befindet.
Die 3 zeigt in einem Längsschnitt eine alternative Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Presse 1 mit einer Umformwerkzeugstufe 2 und einer zeitlich im Verfahren darauf folgenden zweiten Werkzeugstufe 3. Zu erkennen ist, dass auf einem gemeinsamen Pressentisch 5 über eine Spannplatte 10 elastische Stellglieder 7 in Form mechanischer Federpakete 8 angeordnet sind. Die vom Pressentisch 5 abgewandten Enden der elastischen Stellglieder 7 sind koppelbar mit einer Werkzeugspannplatte 9, welche wiederum mit dem Unterwerkzeug 12 verbunden oder integraler Bestandteil des Unterwerkzeugs 12 ist. Wie in den vorherigen Ausführungsvarianten weisen sowohl Oberwerkzeug 11 als auch Unterwerkzeug 12 Kühlkanäle 17 zur Durchleitung eines Kühlmediums 18 auf.
4a zeigt anhand verschiedener Zeitpunkte des Pressentaktes die jeweilige Betriebsstellung der Presse 1 sowie der zugehörigen Umformwerkzeugstufe 2. In der Bildmitte links dargestellt ist die Presse im oberen Umkehrpunkt OP, rechts zum Zeitpunkt, wo die Umformwerkzeugstufe 2 gerade die Blechplatine 26 vollständig im Formhohlraum 13 zwischen dem Oberwerkzeug 11 und dem Unterwerkzeug 12 einschließt und die Warmumformung stattfindet. Das Unterwerkzeug 12 ist durch die elastischen Stellglieder 7 zu diesem Zeitpunkt noch vollständig angehoben. Die Schließbewegung Y der Presse 1 wird kontinuierlich fortgesetzt. Der Stellweg W7 ist der Anteil am Pressenhubweg, den ausgehend vom oberen Umkehrpunkt UP der Presse das Oberwerkzeug 11 und das Unterwerkzeug 12 aufeinander zu bewegt werden, bis die Umformwerkzeugstufe 2 vollständig unter Ausbildung eines Formhohlraums 13 geschlossen ist.
In 4b ist wiederum links der Zeitpunkt dargestellt, in welchem die Presse 1 sich im oberen Umkehrpunkt OP befindet, jedoch wird rechts die Presse 1 nun dargestellt zum Zeitpunkt, in welchem gerade der untere Umkehrpunkt UP durchfahren wird beziehungsweise der durch die Stellglieder 7 einstellbare Abstand A zwischen Unterwerkzeug 12 und Pressentisch 5 minimal ist. Der Pressenhubweg W1 ist die Strecke, welche die Presse 1 vom ihrem oberen Umkehrpunkt OP zum ihrem unteren Umkehrpunkt UP zurücklegt.
5 zeigt eine Ausführungsvariante einer Umformwerkzeugstufe 2 der erfindungsgemäßen Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27. Die Umformwerkzeugstufe 2 umfasst ein Oberwerkzeug 11 und ein Unterwerkzeug 12, welche jeweils einen unbeheizten Bereich 22 und einen beheizten Bereich 21 aufweisen. Durch den unbeheizten Bereich 22 verlaufen Kühlkanäle 17 zur Durchleitung eines Kühlmediums 18, wobei die Kühlkanäle 17 derart verbunden sind, dass das Kühlmedium 18 aus der Umformwerkzeugstufe 2 nach draußen in einer nicht dargestellten Kühlquelle zugeführt werden kann, beispielsweise einem Wärmetauscher. Die beheizten Bereiche 21 sind in dieser Ausführungsvariante als Formeinsätze 15 ausgebildet und mit den unbeheizten Bereichen 22 fest aber auswechselbar verbunden. Als Heizquelle 14 dienen hier durch Gasbrenner oder elektrischen Widerstand erwärmte Heizpatronen. Die Umformwerkzeugstufe 2 ist über die Spannplatte 10 am Pressenstößel 6 sowie zusätzlich über die Werkzeugspannplatte 9 und elastische Stellglieder 7 am Pressentisch 5 beziehungsweise an der daran festgelegten Spannplatte 10 koppelbar.
Im Unterschied zur vorgenannten Ausführungsvariante in 5 sind in 6 ein segmentiertes Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 12 ausgebildet zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile. Ein beheizter Bereich 21 ist als ein separates Formsegment 16 durch eine Isolierung 20 getrennt vom unbeheizten Bereich 22 im Oberwerkzeug 11 und im Unterwerkzeug 12 angeordnet. Dies dient der energieeffizienteren Ausnutzung der Heizquellen 14 und Kühlquellen. Nach der Werkzeugschließzeit t₂ und ersten Haltezeit t_2‘ in der Umformwerkzeugstufe 2 stellt sich in dem Blechbauteil ein Temperaturprofil mit einem ersten Abschnitt mit relativ hoher Temperatur und einem zweiten Abschnitt mit niedrigerer Temperatur ein. Die Gefügeumwandlung in Martensit im zweiten Abschnitt sowie in Ferrit und/oder Perlit im ersten Abschnitt wird dadurch vorbereitet. Zwischen erstem und zweitem Abschnitt existiert ein schmaler Übergangsabschnitt 30 mit später relativ unbestimmten mechanischen Eigenschaften.
Selbstverständlich ist es möglich, mehr als einen beheizten Bereich 21 in der Umformwerkzeugstufe 2, wie auch in der zweiten Werkzeugstufe 3 vorzusehen.
Schließlich ist in den 7a und 7b eine weitere Ausführungsvariante der gesamten Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27 dargestellt. Zunächst wird in 7a ein Längsschnitt durch die Presse 1 gezeigt. Sie umfasst die Umformwerkzeugstufe 2 gemäß 6 sowie eine zweite, bereichsweise beheizte Werkzeugstufe 3 mit Fixierelementen 24 zur insbesondere formschlüssigen Aufnahme des Blechbauteils (nicht gezeigt) und durch Heizquellen 14 beheizte Bereiche 21 in Form eines weiteren Formsegments 16. Das Formsegment 16 kann in der Umformwerkzeugstufe 2 identisch ausgebildet sein, oder aber zumindest hinsichtlich des Werkstoffs, der Werkstoffgüte, der Wärmekapazität oder der Temperaturbeständigkeit stärker beziehungsweise robuster ausgelegt sein als in der zweiten Werkzeugstufe 3.
Weiterhin sind gestrichelt angedeutet ein Transferbalken 25 sowie in der Umformwerkzeugstufe 2 Greiferausnehmungen 25‘, die dazu dienen, dass beim Entfernen des Blechbauteils 27 Greifer (nicht dargestellt), die mit dem Transferbalken 25 verbunden sind, so frühzeitig wie möglich an das Blechbauteil annäherbar sind, ohne mit dem Unterwerkzeug 12 während der Aufwärtsbewegung Z zu kollidieren.
Der zweiten Werkzeugstufe 3 folgt zeitlich betrachtet eine weitere Werkzeugstufe 4, die hier primär der weiteren Abkühlung des Blechbauteils dient. Sie weist wie der unbeheizte Bereich 23 der zweiten Werkzeugstufe 3 Fixierelemente 24 auf, wodurch das Blechbauteil zur weiteren Kühlung lagegenau fixierbar ist. Die Abkühlung selbst kann durch nicht dargestellte Kühlquellen beispielsweise durch Luftventilation, Luft- oder Kühlmediumdusche oder auch durch Eintauchen gemäß Deutschem Patent DE 10 2005 028 010 B3 erfolgen, indem ein Teil der dritten Werkzeugstufe 4 mit dem Blechbauteil 27 in Kühlmedium eintauchbar ist.
Wie 7b verdeutlicht, ist in dieser Ausführungsvariante jede Werkzeugstufe doppeltfallend ausgebildet und weist zwei Werkzeuge jeweils in der Umformwerkzeugstufe 2, der zweiten Werkzeugstufe 3 und der dritten Werkzeugstufe 4 auf. Nicht dargestellt ist der Transferbalken zum Transport der Blechplatine beziehungsweise des Blechbauteils in die Werkzeugstufen 2, 3, 4 hinein beziehungsweise aus diesen heraus. Angedeutet ist eine Erwärmungseinrichtung 35, worin die Blechplatinen 26 wenigsten abschnittsweise auf Ac3-Temperatur erwärmt werden.
In den 8a und 8b ist eine alternative Ausführungsvariante der gesamten Presse 1 zur Herstellung abschnittsweise gehärteter Blechbauteile 27 dargestellt, in 8a als Längsschnitt und in 8b als Horizontalschnitt durch die Unterwerkzeuge 12. Im Unterschied zu 7 ist hier die dritte Werkzeugstufe 4‘ separat in einer anderen Presse 36 angeordnet, was den Vorteil hat, dass die finale Abkühlung vom hohen Pressentakt entkoppelbar ist und in der Presse 1 mehr Platz für die Umformwerkzeugstufe 2 und zweite Werkzeugstufe 3 verbleibt. Exemplarisch sind hier eine dreifachfallende Umformwerkzeugstufe 2 sowie eine dreifachfallendes zweite Werkzeugstufe 3 sowie eine Erwärmungseinrichtung 35 vor der Presse 1 dargestellt.
In der dritten Werkzeugstufe 4‘ ist eines der hergestellten Blechbauteile 27 dargestellt, wobei der erste Abschnitt 28 und der zweite Abschnitt 29 sowie der Übergangsabschnitt 30 zu erkennen sind mit oben beschriebenen unterschiedlichen, dem Bauteileinsatz angepassten mechanischen Eigenschaften und unterschiedlicher Gefügestruktur. Selbstverständlich lässt sich das Blechbauteil 27 wie hier dargestellt auch in der Ausführungsvariante gemäß 7 dergestalt herstellen.
Schließlich zeigt die 9a und 9b den letzten zwei Ausführungsvarianten zugeordnete Zeit-Temperatur-Verläufe der Blechplatine 26 beziehungsweise Blechbauteile 27 während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausgehend von einer wenigstens bereichsweise auf Austenitisierungstemperatur Ac3 erwärmten Blechplatine 26 erfolgt ein Transfer innerhalb 2 Sekunden aus der Erwärmungseinrichtung 35 in die Umformwerkzeugstufe 2 der Presse 1. Dann beginnt die Schließbewegung der Presse und des Werkzeugs bis die Umformwerkzeugstufe 2 vollständig geschlossen und die Blechplatine 26 zum Blechbauteil 27 warmumgeformt ist. Sodann beginnt die erste Haltezeit t_2‘ zur Abkühlung des Blechbauteils während die Presse 1 den unteren Umkehrpunkt UP durchführt und die Aufwärtsbewegung einsetzt. Während der Aufwärtsbewegung wird die Umformwerkzeugstufe 2 verzögert geöffnet, wobei sich das Blechbauteil 27 durch die unterschiedlichen Temperaturen und/oder Werkzeugwerkstoffeigenschaften auf verschiedene Abkühltemperaturen T_1.1 und T_1.2 abgekühlt hat. Es folgt ein weiterer Transfer innerhalb der Transferzeit t₃ von der Umformwerkzeugstufe 2 in die zweite Werkzeugstufe 3. Danach wird das Blechbauteil 27 weiter abgekühlt, während die zweite Werkzeugstufe 3 geschlossen wird und das Bauteil 27 lagefixiert gehalten wird. Der Temperaturunterschied zwischen der Abkühltemperatur T_2.1 und T_2.2 in den Abschnitten 28, 29 des Blechbauteils 27 wird wiederum durch unterschiedliche Abkühlraten durch die beheizten und unbeheizten Bereiche 21, 23 der zweiten Werkzeugstufe 3 (8b) eingestellt.
Anschließend folgt der Transfer innerhalb der Transferzeit t₅ des Blechbauteils 27 in die dritte Werkzeugstufe 4, 4‘, wobei sich hier nun die 9a und 9b unterscheiden. 9a korrespondiert mit der Ausführungsvariante der Presse gemäß 8 und 9b mit der Ausführungsvariante gemäß der 7a und 7b. Zu erkennen ist, dass die Abkühlung bei der Abkühlzeit t₆ in 9a länger andauert als in 9b, da letzter Prozess taktzeitgebunden mit der Presse 1 stattfindet. Die Abkühltemperatur T_3.1 und T_3.2 hat sich dabei stark angenähert und beträgt in beiden Abschnitten unter 200 °C.
Bezugszeichenliste

1: Presse
2: Umformwerkzeugstufe
3: Zweite Werkzeugstufe
4, 4': Weitere Werkzeugstufe
5: Pressentisch
6: Pressenstößel
7: Stellglied
8: Mechanische Federpaket
9: Werkzeugspannplatte
10: 10Spannplatte
11: Oberwerkzeug
12: Unterwerkzeug
13: Formhohlraum
14: Heizquelle
15: Formeinsatz
16: Formsegment
17: Kühlkanal
18: Kühlmedium
19: Kühlquelle
20: Isolierung
21: Beheizter Bereich
22: Unbeheizte Bereich zu 2
23: Unbeheizte Bereich zu 3
24: Fixierelement
25: Transferbalken
25': Greiferausnehmung
26: Blechplatine
27: Blechbauteil
28: Erster Abschnitt zu 27
29: Zweiter Abschnitt zu 27
30: Übergangsabschnitt zu 27
31: Spannelement
32: Führungsausnehmung
32': Führungselement
33, 33‘: Schneidmittel
34: Stellglied
35: Erwärmungseinrichtung
36: Presse
D: Dicke zu 27
A: Pressenhubweg
W7: Stellweg
t₁: Transferzeit
t₂: Werkzeugschließzeit
t_2‘: erste Haltezeit
t₃: Transferzeit
t₄: Werkzeugschließzeit
t_4‘: zweite Haltezeit
t₅: Transferzeit
t₆: Abkühlzeit
A: Abstand
Ac3: Austenitisierungstemperatur
M_s: Martensitstarttemperatur
M_f: Martensitfinishtemperatur
OP: Obererer Umkehrpunkt
UP: Unterer Umkehrpunkt
RT: Raumtemperatur
T_1.1: Abkühltemperatur
T_1.2: Abkühltemperatur
T_2.1: Abkühltemperatur
T_2.2: Abkühltemperatur
T_3.1: Abkühltemperatur
T_3.2: Abkühltemperatur
Y: Schließbewegung
Z: Aufwärtsbewegung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008034596 A1 [0004]
DE 102009057382 A1 [0005]
DE 102005028010 B3 [0063]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) in einer Presse (1), die einen Pressentisch (5), einen Pressenstößel (6) und mehrere Werkzeugstufen (2; 3; 4) umfasst, mit folgenden Schritten: – wenigstens abschnittsweises Erwärmen einer Blechplatine (26) auf eine Temperatur von größer als die Austenitisierungstemperatur Ac3, – Einlegen der erwärmten Blechplatine (26) in eine erste Umformwerkzeugstufe (2) der Presse (1), – Warmumformen der Blechplatine (26) zum Blechbauteil (27) in der Umformwerkzeugstufe (2), wobei dabei die Presse (1) eine Schließbewegung ausführt, – Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) für eine erste Haltezeit (t_2‘), – Abkühlen der umgeformten Blechplatine (26) während der ersten Haltezeit (t_2‘), und – Transfer der umgeformten Blechplatine (26; 27) in eine zweite Werkzeugstufe (3), – Wenigstens abschnittsweises Härten der Blechplatine (26) durch Abkühlen in der zweiten Werkzeugstufe (3) innerhalb wenigstens einer zweiten Haltezeit (t_4‘), dadurch gekennzeichnet, dass die Umformwerkzeugstufe (2) während der Schließbewegung von einem oberen Umkehrpunkt (OP) zu einem unteren Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) durch wenigstens ein elastisches Stellglied (7) relativ zur Presse (1) bewegt wird, so dass das Warmumformen beendet wird und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse (1) den unteren Umkehrpunkt (UP) erreicht und/oder dass das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe (2) durch ein elastisches Stellglied (7) erst während der Aufwärtsbewegung der Presse (1) beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) vollständig durchfahren wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformwerkzeugstufe (2) ein Randbeschnitt und/oder eine Lochung durchgeführt wird, insbesondere bevor die Presse (1) vollständig geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeugstufe (3) wenigstens bereichsweise während der Schließbewegung der Presse (1) durch wenigstens ein elastisches Stellglied (7) relativ zur Presse (1) bewegt wird, so dass das Zuhalten beginnt, bevor die Presse (1) den unteren Umkehrpunkt (UP) erreicht und/oder dass das Zuhalten der zweiten Werkzeugstufe (3) wenigstens abschnittsweise durch ein elastisches Stellglied (7) erst während der Aufwärtsbewegung der Presse (1) beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) vollständig durchfahren wurde.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformwerkzeugstufe (2) und bevorzugt auch die zweite Werkzeugstufe (3) durch das elastische Stellglied (7) mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch federgelagert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (27) durch ein Transfersystem, insbesondere einem linear geführten Transferbalken (25) mit Greifern, in einer Transferzeit (t₃, t₅) von 1 bis 4 Sekunden, bevorzugt in 2 bis 3 Sekunden, zwischen wenigstens zwei Werkzeugstufen (2; 3; 4) befördert wird.
Verfahren zur Herstellung eines abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformwerkzeugstufe (2) eine Abkühltemperatur (T_1.1; T_1.2) des Blechbauteils (27) eingestellt wird, die in einem ersten Abschnitt (28) größer ist als die zur Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitstarttemperatur Ms, und die in einem zweiten Abschnitt (29) kleiner ist als Ms, wobei die Blechplatine (27) im ersten Abschnitt (28) insbesondere auf eine Abkühltemperatur (T_2.1) von 540 bis 660°C gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Werkzeugstufe (3) eine Abkühltemperatur (T₂) des Blechbauteils (27) eingestellt wird, die am Ende der zweiten Haltezeit (t_4‘) in dem ersten Abschnitt (28) zwischen 350 bis 500°C beträgt und in dem zweiten Abschnitt (29) kleiner ist als die zur vollständigen Martensitgefügeumwandlung erforderliche Martensitfinishtemperatur Mf, wobei das Blechbauteil (27) im zweiten Abschnitt (29) bevorzugt auf kleiner 200°C, insbesondere auf Raumtemperatur (RT) gekühlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (27) für eine erste Haltezeit (t_2‘), zwischen 2 und 8 Sekunden und für eine zweite Haltezeit (t_4‘) zwischen 2 und 10 Sekunden gehalten wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit der Presse (1) mit einer Umformwerkzeugstufe (2) und einer zweiten Werkzeugstufe (3) zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt (OP) und ihrem unteren Umkehrpunkt (UP) zwischen 3 und 11 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten erst in einer dritten Werkzeugstufe beendet wird, wobei danach das Blechbauteil vollständig eine Abkühltemperatur (T_3.1, T_3.1) unterhalb von 200°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit der Presse (1) mit einer Umformwerkzeugstufe (2) und einer zweiten Werkzeugstufe (3) und einer dritten Werkzeugstufe (4) zwischen ihrem oberen Umkehrpunkt (OP) und ihrem unteren Umkehrpunkt (UP) zwischen 3 und 9 Sekunden beträgt.
Presse (1) zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) mit mehreren Werkzeugstufen (2; 3; 4), einen Pressenstößel (6) und einen Pressentisch (5), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei wenigstens eine Werkzeugstufe (2, 3, 4) eine wenigstens bereichsweise kühlbare Umformwerkzeugstufe (2) zur Warmumformung von Blechplatinen (26) ist, die ein Oberwerkzeug (11) und ein Unterwerkzeug (12) umfasst, welche in einem geschlossenen Zustand einen Formhohlraum (13) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pressentisch (5) und Unterwerkzeug (12) wenigstens ein elastisches Stellglied (7) angeordnet ist, so dass entweder das Unterwerkzeug (12) relativ zum Pressentisch (5) anhebbar ist, und/oder das Oberwerkzeug (11) in einem Abstand (A) relativ zum Pressenstößel (6) druckbeaufschlagbar ist, um den geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe (2) herzustellen, bevor die Presse (1) vollständig geschlossen ist.
Presse (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elastische Stellglied (7) ein vertikaler Stellweg (W7) einstellbar ist, wobei der Stellweg (W7) weniger als der maximale Pressenhubweg (W1) zwischen den oberen und unteren Umkehrpunkten (OP, UP) der Presse (1), mindestens jedoch 100mm beträgt.
Presse (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Stellglied (7) eine Stellkraft aufweist, die wenigstens über einen Teil eines Stellweges (W7) vom oberen Umkehrpunkt (OP) zum unteren Umkehrpunkt (UP) der Presse (1) ansteigt, insbesondere ist die Stellkraft im geschlossenen Zustand der Umformwerkzeugstufe (2) wenigstens 20 Prozent größer.
Presse (1) zum Herstellen eines abschnittsweise gehärteten Blechbauteils (27) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Umformwerkzeugstufe (2) bereichsweise durch eine Heizquelle (14) beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt (28) eine reduzierte Abkühlgeschwindigkeit in dem Blechbauteil (27) zu bewirken, wobei unbeheizte Bereiche (22) Kühlkanäle (17) zur Durchführung eines Kühlmediums (18) aufweisen.
Presse (1) nach einem der Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Umformwerkzeugstufe (2) als auch wenigstens die darauf folgende zweite Werkzeugstufe (3) bereichsweise, insbesondere durch eine Heizquelle (14) beheizbar ist, um in einem ersten Abschnitt (28) zumindest kein vollständig gehärtetes Blechbauteil (27) zu erhalten.
Presse (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeheizte Bereich (22) der zweiten Werkzeugstufe (3) zumindest korrespondierend zu einem Übergangsabschnitt (30) zwischen erstem Abschnitt (28) und zweitem Abschnitt (29) des Blechbauteils (27) eine aktive Kühlquelle (19) aufweist.
Presse (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (28) und der Übergangsabschnitt (30) des Blechbauteils (27) zumindest in der zweiten Werkzeugstufe (3) formschlüssig durch Fixierelemente (24) fixierbar ist.