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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugbauteile aus härtbaren Stahllegierungen herzustellen. Dabei werden zunächst Ausgangsmaterialien, beispielsweise bereitgestellt in Platinenform zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt. In diesem warmen Zustand wird die Platine dann in ein Warmumformwerkzeug eingelegt und warm umgeformt. Ist die Umformung abgeschlossen, wird das Werkzeug durch entsprechende Kühlvorrichtungen derart rasch abgekühlt, dass eine Gefügeumwandlung stattfindet, vorzugsweise in Martensit und somit das warm umgeformte Bauteil pressgehärtet wird. Im harten Zustand weisen derartige Bauteile mit hochfesten oder höchstfesten Eigenschaften Zugfestigkeiten von über 1000 MPa auf.
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Folglich ist es nur mit erhöhtem Aufwand möglich, das derart harte Werkstoffgefüge weiter mechanisch zu bearbeiten, insbesondere zu Lochen, zu Stanzen oder zu Beschneiden.
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Beim Schneiden bzw. Stanzen wird ein entsprechendes Schneidwerkzeug im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Bauteilfläche bewegt, so dass eine Scherung auftritt. An der sich ergebenden Schneidkante entsteht somit auf die Schneidrichtung bezogen von oben nach unten eine Umrollkante, ein Glattschnittanteil, ein Bruchanteil sowie ein Schnittgrat. Im Falle eines Warmschnittes erstreckt sich der Glattschnittanteil bezogen auf die Querschnittsrichtung des Schneidrandes über einen höheren Anteil. Im Falle eines Schnitts im kalten Zustand ist der Bruchanteil im Querschnitt an dem Schneidrand entsprechend höher.
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Es besteht jedoch zugleich die Problematik, dass umlaufende Schneidränder am Bauteil ein Abführen des ab- bzw. ausgeschnittenen Materials erfordern. Daher kann ein vollständig umlaufender Schneide- oder Stanzvorgang des Bauteilrandes gerade in einem Warmformwerkzeug nur bedingt durchgeführt werden.
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Aus der
DE 10 2014 216 225 A1 ist ein Strukturbauteil bekannt, bei welchem die Außenschale als pressgehärtetes Bauteil hergestellt wird und nach dem Presshärten die Verbindungsflansche für das Schließblech beschnitten werden. Aus der
DE 10 2014 014 458 A1 ist ein warmumgeformtes, pressgehärtetes Bauteil bekannt, welches nach dem Presshärten mittels Laserschneidanlage beschnitten wird. Aus der
DE 10 2010 011 368 A1 sind pressgehärtete Bauteile bekannt, die nach dem Presshärten zu Schneideoperationen vorgesehene Bereiche aufweisen, welche wärmebehandelt sind.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2007 050 907 A1 bekannt, bei einem pressgehärteten Blechprofil einen Bereich für ein Loch vor dem Warmumformen mit begrenzter Tiefe vorzuprägen und nach dem Presshärten in entgegengesetzter Richtung auszudrücken.
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Aus der
DE 10 2005 051 403 B3 ist ferner bekannt, für das Hartschneiden nach dem Presshärten die zu schneidenden Bereiche mit einer die Materialdicke reduzierenden Einprägung zu versehen, um den Beschnitt mittels Hartschneiden zu ermöglichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kraftfahrzeugbauteil aufzuzeigen, das eine entsprechend hohe Präzision und Güte an einem Schneidrand aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeugbauteil mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit den Merkmalen im Patentanspruch 7 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Das Kraftfahrzeugbauteil ist warm umgeformt und pressgehärtet hergestellt. Dies bedeutet, zunächst wurde eine Platine austenitisiert und im Anschluss daran im warmen Zustand umgeformt. Wiederum daran anschließend ist das warm umgeformte Bauteil derart rasch abgekühlt worden, dass es pressgehärtet ist. Erfindungsgemäß weist das Bauteil einen Schnittrand auf mit einer Länge. Bei dem Schnittrand kann es sich um einen außen teilweise oder vollständig um das Bauteil umlaufenden Schnittrand handeln. Es kann sich jedoch auch um einen Schnittrand handeln, welcher innerhalb des Kraftfahrzeugbauteils ausgebildet ist, beispielsweise an einer Ausnehmung oder einem Loch. Auch können sowohl innenliegende als auch außenliegende Schnittränder gleichzeitig an dem Kraftfahrzeugbauteil ausgebildet sein. Nachfolgende Vorteile gelten entsprechend. Der Schnittrand weist über eine Hartschnittlänge von weniger als 30% der Länge in seinem Querschnitt, mithin in Querschnittshöhe, einen Bruchanteil größer 50% auf. Über die restliche Weichschnittlänge, mithin über mehr als 70% der Länge, weist der Schnittrand in Querschnittshöhe einen Bruchanteil von kleiner 40% und einen Glattschnittanteil größer 50% auf.
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Der jeweilige Anteil von Glattschnittanteil sowie Bruchanteil erstreckt sich somit an der Schneidkante über einen jeweiligen Prozentanteil der Höhe. Die Schneidkante ist auch als Querschnittshöhe des Schnittrandes bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist das Kraftfahrzeugbauteil dadurch hergestellt, dass der hohe Glattschnittanteil der Weichschnittlänge im warmen Zustand erzeugt wird, insbesondere während oder nach der Warmumformung. Der Bruchanteil in der Hartschnittlänge jedoch wird im restwarmen bzw. kalten Zustand durch einen entsprechenden Kaltschnitt hergestellt. Der Weichschnitt kann im Sinne dieser Erfindung auch als Warmschneiden bzw. Warmschnitt bezeichnet werden. Der Hartschnitt kann entsprechend auch als Kaltschneiden bzw. Kaltschnitt bezeichnet werden.
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Das Kraftfahrzeugbauteil selbst ist aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Mangan-Bor-Stahl, beispielsweise 22 MnB5, hergestellt. Das Kraftfahrzeugbauteil kann jedoch auch eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine Antikorrosionsbeschichtung, insbesondere eine Aluminium-Silizium-Beschichtung. Das Kraftfahrzeugbauteil kann auch aus einem Verbundplattenstahl, beispielsweise einem CPH steel (corrosion proteced hot forming steel) ausgebildet sein. Hierzu wird insbesondere ein Edelstahl-plattierter Warmformstahl verwendet. Das Kraftfahrzeugbauteil weist dabei eine Zugfestigkeit größer 1300 MPa, insbesondere größer 1500 MPa und besonders bevorzugt größer 1600 MPa auf.
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In bevorzugter Ausgestaltungsvariante erstreckt sich die Weichschnittlänge über mehr als 75% der Länge des Schnittrandes, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, besonders bevorzugt mehr als 90% und ganz besonders bevorzugt mehr als 95%. Alternativ oder ergänzend ist der Glattschnittanteil der Weichschnittlänge in Querschnittshöhe sich über mehr als 60%, insbesondere mehr als 70%, bevorzugt mehr als 80% erstreckend ausgebildet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeugbauteil vor, während oder unmittelbar nach der Warmumformung im warmen Zustand zu beschneiden. Dieser Schneide- bzw. Stanzvorgang erstreckt sich dann über einen Großteil der Länge des Schnittrandes und kann auch als Weichschnittlänge bezeichnet werden. Insbesondere kann der Beschneidevorgang vollständig durchgeführt werden, dies bedeutet, dass das Bauteil im Querschnitt nicht nur angeschnitten wird, sondern über die Weichschnittlänge vollständig durchschnitten wird. Ein entsprechend hoher Anteil des Glattschnittes ist am Schnittrand zu verzeichnen über die Weichschnittlänge. Die entsprechende Hartschnittlänge weist dann im Querschnitt einen Bruchanteil größer 50% auf. Dies bedeutet, diese kann teilweise warm geschnitten sein, wobei der abschließende Beschnitt in Querschnittshöhe jedoch im Hartschnitt bzw. Kaltschnitt durchgeführt wird. Jedoch ist die Hartschnittlänge bevorzugt vollständig kalt geschnitten. Entsprechend hoch ist der Bruchanteil, da diese Hartschnittlänge im harten Zustand geschnitten wird. Die Begrifflichkeiten Hartschnittlänge und Weichschnittlänge sind somit nicht auf den zeitlichen Herstellungsprozeß bezogen zu verstehen. Die Hartschnittlänge und die Teilschnittlänge können auch aus einzelnen Längenabschnitten bestehen. Die jeweilige Weichschnittlänge oder Hartschnittlänge ist dann eine Summe der dazu gehörenden Längenabschnitte.
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Bevorzugt erstreckt sich weiterhin in Querschnittshöhe eine Schnittkante, bzw. ist die Schnittkante in Querschnittshöhe orientiert. Eine Schnittkante der Hartschnittlänge mit höherem Bruchanteil weist weiterhin bevorzugt einen Winkel auf zu einer Schnittkante der Weichschnittlänge mit höherem Glattschnittanteil. Dies ist dadurch bedingt, dass sich teilweise an dem warm umgeformten Kraftfahrzeugbauteil bezogen auf die in Schneidrichtung in das Kraftfahrzeugbauteil einfahrenden Schneidwerkzeuge ungünstige Winkellagen ergeben. Teilweise sind Wölbungen, Biegungen oder Ähnliches an dem Kraftfahrzeugbauteil ausgeformt. Dies ist insbesondere bei großflächigen Bauteilen sowie Strukturbauteilen der Seitenwandstruktur der Fall. Hier liegt ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung. Das Kraftfahrzeugbauteil wird während oder nach dem Warmumformvorgang im warmen Zustand beschnitten. Hierbei wird maßgeblich ein in Schneidrichtung einfahrendes Weichschneidewerkzeug als Teil des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges verwendet. Sodann wird das Kraftfahrzeugbauteil entweder unmittelbar im gleichen Werkzeug pressgehärtet und in ein folgendes Werkzeug transferiert und hier im harten bzw. kalten Zustand beschnitten. Die Winkellage zu dem Kraftfahrzeugstrukturbauteil, mit der das Schneidewerkzeug des Kaltschnittverfahrens einfährt, ist dabei verschieden von der Winkellage der erzeugten Schnittkante des Weichschnittes. Durch Umlagerung des Bauteils werden die verschiedenen Winkellagen erzeugt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines warm umgeformten pressgehärteten und geschnittenen bzw. gestanzten Kraftfahrzeugbauteils. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das herzustellende Kraftfahrzeugbauteil im warmen Zustand an einem zu erzeugenden Schnittrand über eine Weichschnittlänge bzw. Warmschnittlänge der Länge des Schnittrandes größer gleich 70% warm geschnitten wird und dass die verbleibende Teillänge, auch Hartschnittlänge genannt, des zu erzeugenden Schnittrandes in einem Hartschnittverfahren, insbesondere im kalten Zustand geschnitten wird, wobei die Winkellage des Kraftfahrzeugbauteils insbesondere im Bereich des zu erzeugenden Schnittrandes zu der Schneidrichtung des Weichschnittes von der Winkellage des Kraftfahrzeugbauteils, insbesondere an dem zu erzeugenden Schnittrand, zu der Schneidrichtung des Hartschnittes verschieden ist.
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Weiterhin zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Weichschneiden, während oder nach dem Warmumformen als Warmschneiden durchgeführt wird. Insbesondere wird das Warmschneiden bei einer Temperatur größer 450°C, insbesondere größer 550°C, bevorzugt größer 600°C durchgeführt.
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Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Hartschnitt während oder nach dem Presshärten durchgeführt wird. Der Hartschnitt wird dabei entweder in dem Presshärtewerkzeug durchgeführt oder bevorzugt in einem von dem Presshärtewerkzeug verschiedenen Werkzeug. Das Presshärtewerkzeug selber kann dabei bevorzugt in das Warmumformwerkzeug integriert sein. Warmumformwerkzeug und Presshärtewerkzeug sind in dem Fall das gleiche Werkzeug. Das Presshärtewerkzeug kann jedoch auch ein gegenüber dem Warmumformwerkzeug separates Werkzeug sein. Dieses Presshärtewerkzeug kann dann wiederum eine Hartschneideinrichtung aufweisen. Die Hartschneideinrichtung kann jedoch auch wiederum ein von dem Presshärtewerkzeug separates Werkzeug sein.
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Das Verfahren kombiniert somit erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass beim Warmschneiden bevorzugt ein vollständiger Schnitt durch das Bauteil über die Weichschnittlänge bzw. Warmschnittlänge erfolgt, insbesondere somit eine vollständige Schnittkante hergestellt ist. Die abgeschnittenen Teile verbleiben jedoch an dem Bauteil aufgrund des noch herzustellenden Schnittrandes im nachgelagerten Hartschnitt bzw. Kaltschnitt. Diese Teillänge von bevorzugt weniger als 30% der Länge des gesamt herzustellenden Schnittrandes kann nunmehr aufgrund der insbesondere damit erfolgenden Umlagerung des Bauteils in eine bevorzugte Winkellage zur Schneidrichtung des Kaltschnitts verbracht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäß hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil mit umlaufendem sowie innenliegendem Schnittrand,
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2a und b eine jeweilige Teilquerschnittsansicht durch einen Schnittrand hergestellte mit Warmschneiden und Kaltschneiden,
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3a bis c voneinander verschiedene Winkellagen beim Warmschneiden und Kaltschneiden und
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4 ein erfindungsgemäß hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil im Querschnitt.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil 1. Dieses weist einen außen umlaufenden Schnittrand 2 auf sowie einen innenliegend umlaufenden Schnittrand 3 an einer Ausnehmung 4. Der Schnittrand 2, 3 läuft mit einer Länge L außen bzw. innen jeweils, hier dargestellt, vollständig um. Eine exemplarisch eingezeichnete Hartschnittlänge 5 im oberen Bereich des Kraftfahrzeugbauteils 1 erstreckt sich über weniger als 30 % der gesamten Länge L des außen umlaufenden Schnittrandes 3. In diesem Abschnitt der Hartschnittlänge 5 weist in nicht näher dargestellter Querschnittshöhe der Schnittrand 2 einen Bruchanteil größer 50 % auf. Die restliche Weichschnittlänge 12 des Schnittrandes 3, die nicht von der Hartschnittlänge 5 abgedeckt ist, weist in Querschnittshöhe einen Bruchanteil kleiner 40 % und einen Glattschnittanteil größer 50 % auf. Die Hartschnittlänge 5 kann sich auch in mehreren Längenabschnitten 5a, 5b aufteilen. Beispielsweise eingezeichnet im unteren Teil des Kraftfahrzeugbauteils 1. Die Summe der Längenabschnitte 5a, 5b und ggfs. 5 ist dann erfindungsgemäß kleiner 30 % der Länge L. Die verbliebene Weischnittlänge 12 ist dann die Warmschnittlänge.
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In 2a und b ist jeweils der Schnittrand 2 gezeigt. Dieser weist eine auf die Bildebene von oben nach unten verlaufende Schnittkante 6 auf. In 2a dargestellt ist der Schnittrand 2 im Bereich der Hartschnittlänge 5. Die sich von oben nach unten erstreckende Schnittkante 6 weist im oberen Bereich einen Glattschnittanteil 7 und im unteren Bereich einen Bruchanteil 8 auf. Die gesamte Querschnittshöhe H der Schnittkante 6 erstreckt sich ebenfalls auf die Bildebene bezogen von oben nach unten. Der Glattschnittanteil 7 erstreckt sich dabei über weniger als 50 % der Querschnittshöhe H und der Bruchanteil 8 über mehr als 50 % der Querschnittshöhe H. In 2b ist die Schnittkante 6 im Bereich der restlichen Weichschnittlänge 12, hergestellt durch einen Warmschnitt, gezeigt. Auch hier erstreckt sich die Schnittkante 6 über die gesamte Querschnittshöhe H. Zu erkennen ist, dass der Glattschnittanteil 7 sich über mehr als 50 %, insbesondere mehr als 60 % und insbesondere bevorzugt mehr 75 % der Querschnittshöhe H erstreckt, wobei der Bruchanteil 8 sich über weniger als 40 % der Querschnittshöhe H erstreckt.
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3a und b zeigen eine Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung, wobei dargestellt ist eine Schneidrichtung 9 des Warmschneidens. Diese erzeugt an dem umlaufenden Schnittrand 2 eine Schnittkante 6.12, so dass sich hier dargestellt eine Bauteiloberfläche 10 annähernd in einem rechten Winkel α zur Schneidrichtung 9 des Weichschneidens befindet. 3b zeigt den daran anschließend durchgeführten Hartschnitt. Hierbei ist eine Schneidrichtung 11 des Hartschneidens in einem Winkel β zu der Bauteiloberfläche verlaufend. Die Winkel α des Weichschneidens und β des Hartschneidens sind dabei voneinander verschieden. Dieses bietet insbesondere den Vorteil, dass die Schneidrichtung 9 des Weichschneidens in einem separaten Werkzeug bzw. nach Umlagerung des Kraftfahrzeugbauteils 1 separiert von der Schneidrichtung 11 des Hartschneidens orientiert zu dem Bauteil verläuft.
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3c zeigt die Schnittkanten 6.5 und 6.12 überlagert dargestellt. Die Schnittkante 6.5 liegt im Winkel γ zu der Schnittkante 6.12.
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4 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil 1. Zu einer Bauteiloberfläche 10 ist auf der linken Bildseite eine Schnittkante 6.12 zum Weichschnitt gezeigt. Auf der rechten Bildseite ist eine Schnittkante 6.5 zum Hartschnitt gezeigt. Die Schnittkante 6.12 und 6.5 verlaufen in einem Winkel γ zueinander. Durch Umlagerung des Kraftfahrzeugbauteil, hier dargestellt in großflächiger nach außen gerichteter Wölbung, ist es möglich jeweils bei vertikal ansetzender Schneidrichtung die Winkellagen der Schnittränder 6.5 und 6.12 zueinander zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugbauteil
- 2
- Schnittrand
- 3
- Schnittrand zu 4
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Hartschnittlänge
- 5a
- Längenabschnitt
- 5b
- Längenabschnitt
- 6
- Schnittkante
- 6.5
- Schnittkante Hartschnitt
- 6.12
- Schnittkante Weichschnitt
- 7
- Glattschnittanteil
- 8
- Bruchanteil
- 9
- Schneidrichtung zum Weichschneiden
- 10
- Bauteiloberfläche
- 11
- Schneidrichtung zum Hartschnitt
- 12
- Weichschnittlänge
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- γ
- Winkel
- L
- Länge
- H
- Querschnittshöhe
