DE102018114653A1

DE102018114653A1 - Verfahren zur Herstellung lastoptimierter Blechbauteile

Info

Publication number: DE102018114653A1
Application number: DE102018114653.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Kibben; Lars Bode; Thomas Steier
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-12-19
Also published as: WO2019242901A1; EP3810349A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen aus einem Werkstoff, insbesondere für eine Automobilkarosserie, umfassend die Verfahrensschritte: Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil, wobei zumindest bereichsweise überschüssiges Material in das vorgeformte Bauteil eingebracht wird; und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest teilweise endgeformten Bauteil unter Verwendung des überschüssigen Materials, wobei das vorgeformte Bauteil insbesondere zumindest abschnittsweise gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Verhältnis von Streckgrenze Rzu Zugfestigkeit Rvon R/ R≥ 0,53 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen aus einem Werkstoff, insbesondere für eine Automobilkarosserie, umfassend die Verfahrensschritte: Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil, wobei zumindest bereichsweise überschüssiges Material in das vorgeformte Bauteil eingebracht wird und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest teilweise endgeformten Bauteil unter Verwendung des überschüssigen Materials, insbesondere wobei das vorgeformte Bauteil zumindest abschnittsweise gestaucht wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Blechbauteils.
Im industriellen Maßstab werden ausgeformte Blechbauteile, insbesondere Halbschalen, in der Regel durch ein Tiefziehverfahren (mit und ohne Niederhalter) aus Blechplatinen, d. h. im Wesentlichen ebenen Blechen, hergestellt. Beim konventionellen Tiefziehen wird gemäß DIN 8584 durch Zugdruckumformen eine Blechplatine in eine Halbschale umgeformt. Dabei wird ein Niederhalter eingesetzt, der verhindert, dass das Platinenmaterial beim Einfließen in die Matrize unter Wirkung der tangentialen Druckspannung ausknickt und Falten wirft. Der Niederhalter drückt dabei auf den Blechrand und diesen gegen den Matrizenrand, sodass Reibspannungen zwischen Blechrand und Niederhalter entstehen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass die Blechplatine beim Tiefziehen einer starken Umformung unterzogen wird und die Reibspannungen aufgrund von chargenabhängigen Materialabweichungen nicht immer prozesssicher durchgeführt werden kann. Tiefgezogene Bauteile, ob mit oder ohne Verwendung eines Niederhalters, benötigen dazu in aller Regel einen finalen Randbeschnitt, bei dem überschüssige Bereiche des tiefgezogenen Bauteils abgeschnitten werden. Bei flanschbehafteten Teilen kann dies beispielsweise durch ein oder mehrere Beschnittwerkzeuge erfolgen, die teilweise oder im Ganzen den Flansch von oben oder schräg in gewünschter Weise beschneiden. Bei flanschlosen Teilen hingegen ist der Beschnitt bereits wesentlich aufwendiger, weil er beispielsweise über Keilschieber geleitet, von der Seite her abgeschnitten werden muss. Die Beschnittoperationen sind jedoch insofern nachteilig, dass der Beschnitt meistens eine oder sogar mehrere separate Operationen erfordert, die zudem häufig eine eigene Werkzeugtechnik und ein eigenes Logistiksystem benötigen. Außerdem verringern Beschnittoperationen häufig die Materialausnutzung, wodurch weitere Kosten durch ein hohes Einsatzgewicht pro Blechbauteil entstehen.
Um insbesondere die chargenabhängige Maßhaltigkeit und den hohen Beschnittanteil bei der Herstellung der Blechbauteile zu vermeiden, wurden die eingangs beschriebenen gattungsgemäßen Verfahren mit Vorformen und Kalibrieren (das sogenannte beschnittreduzierte oder -freie kalibrierende Tiefziehen) entwickelt. Bei diesen wird durch das Kalibrieren der durch das Vorformen induzierte inhomogene Spannungszustand der Vorform neu ausgerichtet. Damit kann eine ungewünschte, chargenabhängige Rückfederung des Bauteils, die insbesondere bei hochfesten Werkstoffen in Kombination mit geringen Blechdicken auftritt, größtenteils vermieden werden.
Dieser Ansatz bringt jedoch selbst einige Restriktionen mit sich. So müssen bei der Herstellung der Vorform verschiedene Randbedingungen eingehalten werden. So beeinflussen und verändern auch hier die chargenabhängigen mechanischen Materialeigenschaften, Reibung und Werkzeugverschleiß die Längen der lokalen Querschnitts-Abwicklungen, da die Platine dann mehr oder weniger gestreckt wird. Eine solche unkontrollierte Dehnung des Materials führt dazu, dass die Materialzugabe für den nachfolgenden Kalibrierschritt unter Umständen den zulässig prozesssicher beherrschbaren Wertebereich verlässt.
Dem könnte zwar dadurch begegnet werden, dass man gegenüber einer konventionellen Fertigung durch Tiefziehen auf eine aktive, äußere Blechhaltung verzichtet. Bei der Herstellung der Vorform tritt dann aber insbesondere in den Bauteilzargen weniger plastische Dehnung auf. Nachteilig ist hier, dass durch die verringerte Dehnung der eingesetzte Werkstoff insbesondere in den Zargen weniger als bei tiefgezogenen Bauteilen verfestigt. Unter Verfestigung wird dabei eine Zunahme der Streck- oder Fließgrenze eines Stahlwerkstoffs bei fortschreitender plastischer Verformung verstanden. Ebenfalls nachteilig führt die geringere plastische Dehnung zu einer verringerten Blechdickenabnahme. Hinzu kommt, dass die Blechdicke des Bauteils beim Kalibrieren der Vorform erhöht wird. Denn hier wird die verteilte Materialzugabe der Vorform in Richtung der Blechebene gestaucht, was zu einer weiteren Zunahme der Blechdicke im Bauteil führt. Dies führt zu höheren erforderliche Kräften und Werkzeugbelastungen. Dies führt insgesamt zu einer gegenüber dem konventionellen Verfahren erhöhten Blechdicke des umgeformten Bauteils.
Bei dem eingangs beschriebenen konventionellen Tiefziehen kann zwar eine Zunahme der Streck- oder Fließgrenze erreicht werden. Dies hat für die konventionelle Umformung aber zur Folge, dass das Umformvermögen des eingesetzten, höchstfesten Werkstoffs bereits bei der Umformung zu einem großen Teil verbraucht wird und das fertige Bauteil demnach kaum noch plastische Verformung erträgt. Für die Belastung des Bauteils, beispielswiese bei Karosseriebauteilen im Falle eines Crashs, kann das bedeuten, dass der Werkstoff beim Falten oder Ausknicken durch Reißen versagt und damit das Bauteil das geforderte Energie- und Kraftniveau nicht erträgt. Derartiges Versagen wirkt sich damit negativ auf das Deformationsverhalten der Bauteile im Falle eines Crashs und damit auf die Fahrzeugsicherheit aus. Aber auch für möglicherweise notwendige Nachform-Operationen, wie dem so genannten Durchstellen von Kragen (z. B. für RPS-Löcher) steht nach der Hauptformgebung möglicherweise nicht mehr ausreichend plastisches Umformvermögen zur Verfügung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen zur Verfügung zu stellen, mit welchem bei geringem apparativen Aufwand die Vorteile des Tiefziehens und des beschnittfreien kalibrierenden Tiefziehens vereinigt werden können, das heißt insbesondere hoch maßhaltige Blechbauteile hergestellt werden können, die zumindest ähnliche vorteilhafte mechanische Eigenschaften (etwa hinsichtlich der Verfestigung) wie entsprechend dimensionierte tiefgezogene Blechbauteile aufweisen und dabei ein möglichst geringes Einsatzgewicht benötigen. Daneben liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung eines entsprechenden Blechbauteils anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen aus einem Werkstoff, insbesondere für eine Automobilkarosserie, umfassend Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil, wobei zumindest bereichsweise überschüssiges Material in das vorgeformte Bauteil eingebracht wird, und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest teilweise endgeformten Bauteil unter Verwendung des überschüssigen Materials, insbesondere wobei das vorgeformte Bauteil zumindest abschnittsweise gestaucht wird, dadurch gelöst, dass der Werkstoff ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Zugfestigkeit R_m von R_p0,2 / Rm ≥ 0,53 aufweist.
Das vorgeformte Bauteil kann dabei mittels verschiedenen, auch miteinander kombinierbaren Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt. Das Vorformen kann beispielsweise einen tiefziehartigen Formgebungsschritt umfassen. Das Blechbauteil kann hierbei insbesondere eine flanschbehaftete oder flanschlose Halbschale sein. Insbesondere bei Halbschalen kann das Vorformen auch eine mehrstufige Formgebung umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodens und Hochstellen der zu erstellenden Zargen bzw. optional Abstellen der zu erstellenden Flansche. Denkbar sind auch Sonderformen des Tiefziehens wie zum Beispiel Kombinationen aus Abkanten und/oder (Ver-)Prägen. Das durch das Vorformen erhaltene vorgeformte Bauteil kann insbesondere als ein endformnahes Bauteil angesehen werden, welches der beabsichtigten Fertigteilgeometrie unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen wie Rückfederung und Umformvermögen des verwendeten Werkstoffes möglichst gut entspricht.
Unter dem Kalibrieren kann insbesondere ein Endformen des vorgeformten Bauteils verstanden werden, welches beispielsweise durch einen Pressvorgang erreicht werden kann. Das endgeformte Bauteil kann insofern als ein im Wesentlichen fertiggeformtes Bauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das endgeformte Bauteil noch weiteren, das Bauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern. Allerdings wird angestrebt, die Kalibrierform derart zu gestalten, dass möglichst keine weiteren Formgebungsschritte mehr notwendig sind.
Das Werkstück ist beispielsweise eine im Wesentlichen ebene Blechplatine. Als Werkstoff, aus dem das Werkstück hergestellt wird, kommt prinzipiell jeder Werkstoff in Betracht, der das erfindungsgemäße Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit aufweist. Bevorzugt ist der Werkstoff jedoch ein formbares Metall, insbesondere ein Stahlwerkstoff, vorzugsweise ein Mehrphasenstahl.
Mit überschüssigem Material werden zumindest Zugaben in den lokalen Querschnittslängen des vorgeformten Blechbauteils bezeichnet, das heißt, dass zumindest lokal mehr Material vorhanden ist, als für die Wandstärke bzw. die Blechdicke bzw. die tatsächlich abgewickelte Querschnittslänge des endgeformten Blechbauteils eigentlich notwendig wäre. Dieser Materialüberschuss wird beim Kalibrieren herausgestaucht. Das überschüssige Material kann beispielsweise als Materialreserve im Bodenbereich, im Zargenbereich, im Flanschbereich und/oder in einem Übergangsbereich zwischen Flansch- und Zargenbereich bzw. Zargen- und Bodenbereich vorgesehen sein.
Die Streckgrenze R_p0,2 und die Zugfestigkeit R_m sowie andere hierin beschrieben Kenngrößen, wie beispielsweise die Bruchdehnung, werden im Sinne der Erfindung insbesondere in einem Zugversuch gemäß der DIN EN ISO 6892-1:2017-02, z. B. Verfahren A, bestimmt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich ein gattungsgemäßes Verfahren, also insbesondere ein beschnittreduziertes oder -freies kalibrierendes Tiefziehen (im Folgenden auch „BKT-Verfahren“ genannt), derart verwenden lässt, dass hoch maßhaltige Blechbauteile, insbesondere Halbschalen, hergestellt werden können, die ähnliche, teilweise identische oder sogar verbesserte mechanische Eigenschaften wie entsprechend dimensionierte konventionell tiefgezogene Blechbauteile aufweisen, dabei aber ein geringeres Einsatzgewicht benötigen und zudem maßhaltig und prozesssicher hergestellt werden können. Es hat sich gezeigt, dass durch die beschriebene geschickte Werkstoffauswahl erreicht wird, dass das endgeformte Bauteil zumindest ähnliche oder im Wesentlichen identische mechanische Eigenschaften (insbesondere hinsichtlich der Verfestigung) und Wandstärken bzw. Blechdicken aufweist wie ein entsprechend dimensioniertes tiefgezogenes Blechbauteil. Das heißt, die erfindungsgemäße Werkstoffauswahl führt dazu, dass Blechbauteile bereitgestellt werden können, welche insbesondere einerseits aus dem BKT-Verfahren gewohnte Maßhaltigkeiten aufweist, und andererseits die vom konventionellen Tiefziehen (mit oder ohne Verwendung eines Niederhalters) gewohnten geringen Wandstärken und mechanischen Eigenschaften, wie RestUmformvermögen (das heißt die Möglichkeit zur plastische Formänderung, die ein Werkstoff ohne Rissbildung ertragen kann, etwa die Bruchdehnung und die Streckgrenze R_p0,2 und/oder Zugfestigkeit R_m) aufweist. Teilweise können diese vom konventionellen Tiefziehen bekannten mechanischen Eigenschaften, wie etwa das Restumformvermögen, bei gleichem Ausgangswerkstoff auch übertroffen werden. Die beschriebenen Eigenschaften des Werkstoffs beziehen sich dabei auf den nicht umgeformten Zustand.
Ausgestaltungen des auf die Anmelderin zurückgehenden BKT-Verfahrens sind beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2007 059 251 A1 , DE 10 2008 037 612 A1 , DE 10 2009 059 197 A1 , DE 10 2013 103 612 A1 , DE 10 2013 103 751 A1 , DE 10 2016 118 418 A1 und DE 10 2016 118 419 A1 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme einbezogen wird. Den Ausgestaltungen des BKT-Verfahrens ist gemein, dass in einem ersten Verfahrensschritt mit einem modifizierten Tiefziehverfahren eine Vorform erzeugt wird, die der Endform oder Fertigform des Bauteils zwar möglichst nahekommt, jedoch mit dem Unterschied, dass in den Bauteilabschnitten wie Flansch, Zarge und/oder Boden definierte Materialüberschüsse eingebracht sind, die in einem zweiten Verfahrensschritt durch ein spezielles Stauchen des zumindest abschnittsweise, insbesondere gesamten vorgeformten Bauteiles während des Kalibrierens wieder herausgeformt werden.
Vorliegende kann also insbesondere wie in der DE 10 2007 059 251 A1 in weiteren Details beschrieben vorgesehen sein, dass der gesamte Querschnitt des vorgeformten Bauteils aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens des vorgeformten Bauteils in seine Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zum endgeformten Bauteil gestaucht wird und das endgeformte Bauteil im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.
Ebenfalls kann wie in der DE 10 2008 037 612 A1 in weiteren Details beschrieben vorgesehen sein, dass das vorgeformte Bauteil aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, wobei durch das überschüssige Material während des Umformens des vorgeformten Bauteils in seine Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang das Bauteil zum endgeformten Bauteil gestaucht wird, wobei das vorgeformte Bauteil das überschüssige Platinenmaterial im Übergangsbereich zwischen dem Zargenbereich und dem Flanschbereich aufweist.
Weiterhin kann wie in der DE 10 2016 118 418 A1 in weiteren Details beschrieben vorgesehen sein, dass in dem vorgeformten Bauteil eine Materialmengenanpassung eingestellt wird, wobei die Materialmengenanpassung mit einer bodenspezifischen, einer zargenspezifischen, einer radienspezifischen und/oder einer flanschspezifischen Materialmengenanpassung eingestellt wird.
Schließlich kann wie in der DE 10 2016 118 419 A1 in weiteren Details beschrieben vorgesehen sein, dass der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils im Wesentlichen die Geometrie und/oder die lokalen Querschnitte des Bodenbereichs des zumindest bereichsweise endgeformten Bauteils aufweist.
Bei der Herstellung des vorgeformten Bauteils tritt gegenüber dem konventionellen Tiefziehen, bei dem eine aktive, äußerer Niederhaltung erfolgen kann, damit insbesondere in den Bauteilzargen weniger plastische Dehnung auf, was das Restumformvermögen positiv beeinflusst. Beim anschließenden Kalibrieren wird das eingebrachte überschüssige Material in Richtung der Blechebene gestaucht, was dazu führt, dass die Rückfederung der Blechbauteile im Wesentlichen beseitigt wird, da die eingebrachten Stauchungen die Rückfederungskräfte überlagern bzw. in ein gerichtetes Rückfedern auslösende Spannungen in dem Blechbauteil transformieren.
Es hat sich gezeigt, dass die Verringerung der plastischen Dehnung und somit die geringere Anhebung der Streckgrenze des Werkstoffs im Vergleich zum konventionellen Tiefziehen vorteilhaft dadurch ausgeglichen werden kann, dass ein Werkstoff mit gegenüber dem bei einem konventionellen Tiefziehen eingesetzten Werkstoff angehobener Streckgrenze eingesetzt wird. Das endgeformte Bauteil kann dann ähnliche oder im Wesentlichen identische mechanische Kennwerte aufweisen, als wenn es konventionell tiefgezogen worden wäre. Die bei dem beschriebenen Verfahren in der Regel erhöhte Wandstärke bzw. Blechdicke des endgeformten Blechbauteils gegenüber durch konventionelles Tiefziehen hergestellter Blechbauteile kann daneben derart vorteilhaft ausgenutzt werden, dass nun eine Blechplatine von geringerer Dicke eingesetzt wird. Insbesondere in Hinblick auf einen möglichen Entfall des Randbeschnitts kann somit das Einsatzgewicht noch weiter reduziert werden.
Im Ergebnis wurde somit erkannt, dass durch eine geschickte Werkstoffauswahl das beschriebene Verfahren dazu eingesetzt werden kann, um Bauteile bereitzustellen, die bei geringerem Einsatzgewicht und apparativen Aufwand die hohe Maßhaltigkeit eines BKT-Verfahrens und trotzdem sowohl eine ähnliche oder im Wesentlichen identische Geometrie als auch ähnliche oder im Wesentlichen identische mechanischen Eigenschaften zu konventionell tiefgezogenen Blechbauteilen aufweisen. Gleichzeitig wird der apparative Aufwand gegenüber dem klassischen Tiefziehen verringert und durch die geringeren Umformgrade kann zudem die Belastung der Werkzeuge reduziert und Standzeiten erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Vorformen des Werkstücks zu dem vorgeformten Bauteil im Wesentlichen haltefrei. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das Verfahren mit einem distanzierten, mit einem nicht kraftbeaufschlagten oder sogar ohne Niederhalter oder Blechhalter erfolgt. Das Werkstück wird also bevorzugt während des Vorformens nicht eingeklemmt. Dies kann dadurch realisiert werden, indem das Vorformen beispielsweise über eine spezielle Form des Tiefziehens, dem sogenannten „Crash-Forming“ oder „Prägen mit Abkanten“ erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Werkstoff (im nicht umgeformten Zustand) ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von ≥ 0,56, vorzugsweise ≥ 0,6, bevorzugt ≥ 0,62, besonders bevorzugt ≥ 0,64, weiter bevorzugt von ≥ 0,66, weiter bevorzugt ≥ 0,7 auf. Mit Werkstoffen die ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von besonders bevorzugt ≥ 0,64 aufweisen ist es möglich, die Materialeigenschaften am endgeformten Blechbauteil derart einzustellen, dass sie sich von denen eines konventionell tiefgezogenen ähnlich oder im Wesentlichen identisch dimensionierten Blechbauteils nicht wesentlich unterscheiden oder diese übertreffen. Diese Blechbauteile können jedoch maßhaltiger hergestellt werden als durch das konventionelles Tiefziehen. Eine weitere Verbesserung beim Angleichen der Eigenschaften des endgeformten Blechbauteils an ein ähnlich oder identisch dimensioniertes konventionell tiefgezogenes Blechbauteil ergibt sich insbesondere bei einem Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von ≥ 0,66, bevorzugt ≥ 0,7.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des vorgeformten Blechbauteils überschüssiges Material auf. Hierdurch können die endgeformten Blechbauteile in hochmaßhaltiger Form hergestellt werden, ohne zu hohe lokale Belastungen insbesondere der Werkzeuge zu provozieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Blechbauteil ein halbschalenförmiges Blechbauteil, insbesondere ein im Querschnitt u-förmiges oder hutförmiges Blechbauteil. Es hat sich gezeigt, dass halbschalenförmige Blechbauteile und insbesondere im Querschnitt u-förmige oder hutförmige Blechbauteile besonders maßhaltig und mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Werkstück eine Blechplatine. Insbesondere weist die Blechplatine eine Dicke von weniger als 3,5 mm, bevorzugt weniger als 3 mm, besonders bevorzugt weniger als 2,4 mm aufweist. Beispielsweise kann die Blechplatine eine Dicke zwischen 0,7 mm und 1,8 mm aufweisen. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren direkt auf Blechplatinen angewendet werden, weitere Vorformschritte können somit vermieden werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Werkstoff (im nicht umgeformten Zustand) eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 500 MPa, vorzugsweise mindestens 600 MPa, besonders bevorzugt mindestens 700 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung aufweist. Beispielsweise weist der Werkstoff eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 800 und/oder von höchstens 1250 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung auf. Es hat sich gezeigt, dass sich insbesondere durch Einsatz von Werkstoffen mit einer Zugfestigkeit im angegebenen Bereich endgeformte Blechbauteile mit Materialeigenschaften herstellen lassen, die ähnlich oder identisch zu entsprechend dimensionierten konventionell tiefgezogenen Blechbauteilen sind.
Bevorzugt weist der Werkstoff eine Zugfestigkeit R_m von 900 bis 1200 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung auf. Mit einem solchen Werkstoff lässt sich ein weiter verbesserter Angleich der Eigenschaften des endgeformten Blechbauteil an ein ähnlich oder im Wesentlichen identisch dimensioniertes konventionell tiefgezogenes Blechbauteil erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Werkstoff eine Streckgrenze R_p0,2 von mindestens 400 MPa, bevorzugt mindestens 500 MPa, weiter bevorzugt mindestens 600 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung auf. Beispielsweise weist der Werkstoff eine Streckgrenze R_p0,2 von mindestens 700 und/oder höchstens 950 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung auf. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch die Verwendung eines solchen Werkstoff ein weiter verbessertes Angleichen der Eigenschaften des endgeformten Blechbauteil an ein ähnlich oder im Wesentlichen identisch dimensioniertes konventionell tiefgezogenes Blechbauteil erzielt werden kann. Gleichzeitig hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der Umformung bei einer vergleichbar hohen Streckgrenze gegenüber dem konventionellen Tiefziehen, insbesondere durch den geringeren apparativen Aufwand und das verringerte Einsatzgewicht, eine hohe Maßhaltigkeit erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Werkstoff eine Bruchdehnung Aso von weniger als 30%, insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, besonders bevorzugt von weniger als 10% auf.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Werkstoff ein Stahl, insbesondere ein Mehrphasen-Stahl, vorzugsweise ein Dualphasen-Stahl. Es wurde erkannt, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft zur Herstellung von Blechbauteilen aus Stahl, insbesondere aus Mehrphasen-Stahl, vorzugsweise aus Dualphasen-Stahl eingesetzt werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Werkstoff ein Stahl, der eines oder mehrere (insbesondere alle) der folgenden Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist:

0	<	C	≤	0,115,
0	<	Si	≤	0,650,
0	<	Mn	≤	2,350,
0	<	P	≤	0,040,
0	<	S	≤	0,0050,
0,015	<	Al	≤	0,060,
0	<	Cr + Mo	≤	1,000 %,
0	<	Nb + Ti	≤	0,120 %,
0	<	V	≤	0,060 %,
0	<	B	≤	0,0030 %,
0	<	Cu	≤	0,350 %,

mit Rest Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen. Es hat sich gezeigt, dass derartige Stähle sich besonders zur Substitution von Stählen eignen, die bei einem konventionellen Tiefziehverfahren zur Herstellung ähnlich oder identisch dimensionierter Blechbauteile eingesetzt werden, und dabei trotzdem im Wesentlichen dieselben mechanischen Eigenschaften wie bei den tiefgezogenen Blechbauteilen erzielt werden können. Durch die Kombination des erfindungsgemäßen Werkstoffes mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten können somit Blechbauteile mit im Wesentlichen identischen Eigenschaften wie beim konventionellen Tiefziehen kostengünstig bereitgestellt werden.

Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung zudem eine Verwendung eines Blechbauteils hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren als Automobilkarosseriebauteil, insbesondere als Bauteil eines Rahmens, eines Längs- oder Querträgers, einer Säule oder einer Crashstruktur. Es handelt sich insbesondere um ein Bauteil, welches relevant für die Crash-Sicherheit ist. Es hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäß hergestellten Blechbauteile optimal für den Einsatz als Automobilkarosseriebauteil eignen. Die bisher verwendeten durch konventionelles Tiefziehen hergestellten Automobilkarosseriebauteile können somit durch entsprechende Alternativen ersetzt werden.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich insbesondere im Vergleich zu einem entsprechenden konventionellen Verfahren, welches zunächst beschrieben werden soll. Durch konventionelles Tiefziehen wird zunächst ein Blechbauteil aus einer ebenen Blechplatine von 1,5 mm Dicke bestehend aus einem Dualphasenstahl vom Typ CR330Y590T-DP mit einer Streckgrenze von 330 MPa und einer Bruchdehnung A₈₀ von 18 % hergestellt. Durch die Verwendung von beispielsweise kraftbeaufschlagten Niederhaltern in Kombination mit Ziehsicken beim Tiefziehen zu einem Blechbauteil mit einer mittleren Wandstärke bzw. Blechdicke von 1,35 mm, ergibt sich während des Formens am Blechbauteil eine gemittelte Dehnung von 10 %. Bedingt durch die Dehnung des Materials und der gleichzeitigen Verfestigung ergibt sich beim Blechbauteil somit eine noch mögliche Restdehnung von 8 % bevor es zu Rissen kommt, sodass das Umformvermögen entsprechend eingeschränkt ist. Dazu ergibt sich eine angehobene Streckgrenze von 700 MPa bei diesem konventionell tiefgezogenen Blechbauteil.
Um nun mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ein Blechbauteil mit ähnlichen oder verbesserten Eigenschaften herzustellen wie durch das vorhergehende Tiefziehen, wird zunächst ein Werkstoff ausgewählt, der ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von ≥ 0,53, besonders bevorzugt ≥ 0,64 oder sogar von ≥ 0,7 aufweist. Der Werkstoff soll dabei, um nach dem Umformen im Wesentlichen dieselben mechanischen Eigenschaften aufzuweisen, wie das konventionell tiefgezogene Blechbauteil, eine Streckgrenze von 700 MPa und eine minimale Bruchdehnung von 8 % aufweisen. Dazu wird, damit das endgeformte Bauteil nach dem Umformen im Wesentlichen dieselbe Wandstärke bzw. Blechdicke aufweist wie das tiefgezogene Blechbauteil, eine ebene Blechplatine mit einer gegenüber dem oben dargestellten Tiefziehen reduzierten Dicke von 1,35 mm bis 1,4 mm ausgewählt. Insbesondere wird eine Dualphasenstahl vom Typ CR700Y980T-DP in einer Dicke von 1,4 mm verwendet, der ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von besonders bevorzugt ≥ 0,64 aufweist. Die Blechplatine aus diesem Material wird zunächst zu einem vorgeformten Bauteil vorgeformt, wobei zumindest bereichsweise überschüssiges Material in das vorgeformte Bauteil eingebracht wird und danach wird das vorgeformte Bauteil unter Verwendung des überschüssigen Materials zu einem zumindest teilweise endgeformten Bauteil kalibriert. Das hierdurch hergestellte endgeformte Bauteil weist eine dem konventionell tiefgezogenen Bauteil im Wesentlichen identische Geometrie, insbesondere eine im Wesentlichen identische Wandstärke, auf und hat zudem ähnliche mechanische Eigenschaften und Crash-Eigenschaften wie dieses, konnte dabei aber prozesssicher mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007059251 A1 [0015, 0016]
DE 102008037612 A1 [0015, 0017]
DE 102009059197 A1 [0015]
DE 102013103612 A1 [0015]
DE 102013103751 A1 [0015]
DE 102016118418 A1 [0015, 0018]
DE 102016118419 A1 [0015, 0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6892-1:2017-02 [0013]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen aus einem Werkstoff, insbesondere für eine Automobilkarosserie, umfassend die Verfahrensschritte: - Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil, wobei zumindest bereichsweise überschüssiges Material in das vorgeformte Bauteil eingebracht wird, und - Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest teilweise endgeformten Bauteil unter Verwendung des überschüssigen Materials, insbesondere wobei das vorgeformte Bauteil zumindest abschnittsweise gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Zugfestigkeit R_m von $R_{p0,2} {/R}_{m} \geq 0,53$
aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen des Werkstücks zu dem vorgeformten Bauteil im Wesentlichen haltefrei erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Verhältnis von Streckgrenze R_p0,2 zu Festigkeit R_m von ≥ 0,56, vorzugsweise ≥ 0,6, bevorzugt ≥ 0,62, besonders bevorzugt ≥ 0,64, weiter bevorzugt von ≥ 0,66, weiter bevorzugt ≥ 0,7 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des vorgeformten Blechbauteils überschüssiges Material aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein halbschalenförmiges Blechbauteil, insbesondere ein im Querschnitt u-förmiges oder hutförmiges Blechbauteil ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine Blechplatine ist und das die Blechplatine insbesondere eine Dicke von weniger als 3,5 mm, bevorzugt weniger als 3 mm, besonders bevorzugt weniger als 2,4 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 500 MPa, vorzugsweise mindestens 600 MPa, besonders bevorzugt mindestens 700 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung aufweist
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Streckgrenze R_p0,2 von mindestens 400 MPa, bevorzugt mindestens 500 MPa, weiter bevorzugt mindestens 600 MPa längs und/oder quer zur Walzrichtung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Werkstoff eine Bruchdehnung Aso von weniger als 30%, insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, besonders bevorzugt von weniger als 10% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Stahl ist, insbesondere ein Mehrphasen-Stahl, vorzugsweise ein Dualphasen-Stahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Stahl ist, der eines oder mehrere der folgenden Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist: 0 < C ≤ 0,115, 0 < Si ≤ 0,650, 0 < Mn ≤ 2,350, 0 < P ≤ 0,040, 0 < S ≤ 0,0050, 0,015 < Al ≤ 0,060, 0 < Cr + Mo ≤ 1,000 %, 0 < Nb + Ti ≤ 0,120 %, 0 < V ≤ 0,060 %, 0 < B ≤ 0,0030 %, 0 < Cu ≤ 0,350 %,

mit Rest Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Verwendung eines Blechbauteils hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Automobilkarosseriebauteil, insbesondere als Bauteil eines Rahmens, eines Längs- oder Querträgers, einer Säule oder einer Crashstruktur.