DE10312028A1 - Component production method for producing metallic shaped structural member, involves performing heat treatment process to curve areas of pipe, before pipe undergoes interior high pressure forming process - Google Patents

Component production method for producing metallic shaped structural member, involves performing heat treatment process to curve areas of pipe, before pipe undergoes interior high pressure forming process Download PDF

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Abstract

The method involves performing heat treatment process (W) to the curve areas (1v) of a pipe (1), after the pipe was preformed at plural forming stages and before the pipe undergoes an interior high pressure forming process in an interior high pressure material-deforming tool. The thermal treatment process involves induction and used of inert gas with a pressure equal or greater than 1 bar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung von Bauteilen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, wobei ein Profilbauteil in mehreren Umformstufen hergestellt wird und die abschließende Umformstufe ein Innenhochdruckumformen ist.The invention relates to a method for the production of components according to the preamble of the first claim, whereby a profile component is manufactured in several forming stages and the final one Forming stage is hydroforming.

Bekannt ist nach DE 101 20 063 ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Profilbauteilen für Kraftfahrzeuge, bei dem das Ausgangsmaterial bzw. Walzprofil mittels Induktion auf eine zum Härten erforderliche Temperatur erwärmt, abgeschreckt und gehärtet wird. Vor dem Innenhochdruckumformen ist jedoch das Härten des Bauteiles nicht erwünscht.Is known after DE 101 20 063 a process for the production of metallic profile components for motor vehicles, in which the starting material or rolled profile is heated, quenched and hardened to the temperature required for hardening by means of induction. However, the hardening of the component is not desirable before the hydroforming.

Bekannt ist auch das Innenhochdruckumformverfahren zur Herstellung von Profilbauteilen, wobei ein Ausgangswerkstück in Form eines Hohlprofils in ein Umformwerkzeug eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt wird. In DE 197 08 905 C2 wird ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von profilierten Karosseriehohlträgern beschrieben, bei dem ein Stück eines längsnahtgeschweißten Stahlrohres als Rohling unter Verwendung eines teilbaren Formgebungswerkzeuges mittels Innenhochdruck in die durch das Werkzeug bestimmte Form umgeformt wird. Das Umformen des Stahlrohres erfolgt in mehreren Stufen. In der letzten Stufe vor dem Innenhochdruckumformen werden die teilgefertigten Werkstücke zwischengeglüht. Als Ausgangswerkstück wird Warmbandstahlblech statt des bisher eingesetzten Kaltwalzbleches eingesetzt, um die Duktilität zu erhöhen. Ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die häufig sehr großen und schweren Bauteile zum Zwischen- bzw. Vorglühen örtlich getrennt vom Umformprozess zwischengeglüht werden. Dazu müssen die Bauteile zweimal verladen und transportiert werden. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass das gesamte Bauteil geglüht wird und nicht nur spezielle Bereiche, so dass im gesamten Bauteil die Verfestigung abgebaut wird. Ebenfalls nachteilig ist der durch die Wärmebehandlung auftretende Verzug im Bauteil.Also known is the internal high-pressure forming process for the production of profile components, an initial workpiece in the form of a hollow profile being inserted into a forming tool and being shaped therein by the supply of a pressure medium. In DE 197 08 905 C2 describes a generic method for the production of profiled hollow body girders, in which a piece of a longitudinally welded steel tube is formed as a blank using a divisible shaping tool by means of internal high pressure into the shape determined by the tool. The steel tube is formed in several stages. In the last stage before hydroforming, the partially manufactured workpieces are annealed. Hot-rolled steel sheet is used as the starting workpiece instead of the cold-rolled sheet previously used in order to increase the ductility. A decisive disadvantage of this method is that the often very large and heavy components for intermediate or preheating are locally annealed separately from the forming process. To do this, the components have to be loaded and transported twice. Another disadvantage is that the entire component is annealed and not just special areas, so that the solidification is broken down in the entire component. Another disadvantage is the distortion in the component caused by the heat treatment.

Es bestand daher die Aufgabe, ein effektives kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit abschließendem Innenhochdruckumformen unter Einbeziehen einer Wärmebehandlung zu entwickeln, welches den Verzug der Bauteile reduziert, wobei definierte Bereiche des Bauteiles, die beim Vorformen eine Verfestigung erfahren haben, diese Verfestigung auch nach der Wärmebehandlung aufweisen.It was therefore the task of a effective inexpensive Process for the production of components with final hydroforming involving a heat treatment to develop, which reduces the distortion of the components, whereby Defined areas of the component that harden during preforming have experienced this solidification even after the heat treatment.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the Features of the first claim solved. Advantageous configurations result from the subclaims.

Bei dem Verfahren wird bekannterweise ein Bauteil unter Verwendung eines Formgebungswerkzeuges mittels Innenhochdruck in die durch das Formgebungswerkzeug bestimmte Form umgeformt, wobei das Bauteil in ein oder mehreren Umformstufen (U1...Un) vorgeformt wird und die letzte Umformstufe das Innenhochdruckumformen (IHU) ist. Erfindungsgemäß wird vor dem Innenhochdruckumformen das Bauteil in den Bereichen, in welchen durch die vorangegangenen Umformstufen eine starke, den Werkstofffluss beim Innenhochdruckumformen beeinträchtigende, Verfestigung zu verzeichnen ist, partiell einer, die Verfestigung des Werkstoffs des Bauteiles in diesen Bereichen abbauenden, Wärmebehandlung unterzogen. Vorrangig sind dies gebogene Bereiche, in welchen sich der Werkstoff des Bauteiles so stark verfestigt hat, dass es beim abschließenden Innenhochdruckumformen zu Rissbildung kommen kann bzw. der geforderte Werkstofffluss beeinträchtigt ist. Die partielle Wärmebehandlung erfolgt dabei mittels Konvektion, Wärmestrahlung oder anderem Wärmeeintrag. Bevorzugt wird die Wärmebehandlung induktiv und unter Schutzgas bei einem Druck gleich größer 1 bar durchgeführt.In the method, it is known that a component is shaped using a high-pressure die using a shaping tool into the shape determined by the shaping tool, the component being preformed in one or more shaping steps (U 1 ... U n ) and the last shaping step being the high-pressure shaping step (IHU). is. According to the invention, before the internal high-pressure forming, the component is partially subjected to a heat treatment that degrades the solidification of the material of the component in these areas, in the areas in which the previous forming steps result in a strong consolidation that impairs the material flow during internal high-pressure forming. These are primarily curved areas in which the material of the component has solidified to such an extent that cracking can occur during the final hydroforming process or the required material flow is impaired. The partial heat treatment takes place by means of convection, heat radiation or other heat input. The heat treatment is preferably carried out inductively and under protective gas at a pressure equal to or greater than 1 bar.

Dabei können die entsprechenden Bereiche eines Bauteiles nacheinander oder gleichzeitig einer partiellen Wärmebehandlung unterzogen werden. Weiterhin ist es möglich, die verfestigten Bereichen mehrerer Bauteile gleichzeitig einer partielle Wärmebehandlung zu unterziehen.The corresponding areas of a Component one after the other or at the same time a partial heat treatment be subjected. It is also possible to consolidate several areas To subject components to partial heat treatment at the same time.

Dabei sind bevorzugt

  • – die Umformstufen (U1...Un) zum Vorformen des Bauteils 1,
  • – die partielle Wärmebehandlung (W) und
  • – das Innenhochdruckumformen (IHU)
in eine gemeinsame (lokal nicht getrennte) Fertigungslinie integriert.They are preferred
  • - The forming stages (U 1 ... U n ) for preforming the component 1 .
  • - the partial heat treatment (W) and
  • - hydroforming (IHU)
integrated in a common (locally not separate) production line.

Die Einrichtung zur partiellen induktiven Erwärmung kann somit relativ einfach am Standort des Umformprozesses vor dem Innenhochdruckumformen eingebunden werden. Größere Transportwege des Bauteiles vom Vorformen zur Wärmebehandlung und zum Innenhochdruckumformen werden dadurch vermieden.The device for partial inductive warming can be relatively easy at the location of the forming process before High pressure forming can be integrated. Larger transport routes of the component from preforming to heat treatment and for internal high pressure forming are avoided.

Von wesentlichem Vorteil ist dabei, dass nur die Bereiche einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die durch die dem Innenhochdruckumformen vorangehenden Umformstufen so stark verfestigt sind, dass der Innenhochdruckumformvorgang beeinträchtigt würde. Alle anderen Bereiche des Bauteiles, die von der Wärmebehandlung nicht erfasst werden, behalten vorteilhafterweise ihre durch die Vorformung erlangte Verfestigung.The main advantage is that only the areas of heat treatment are subjected to those preceding the hydroforming Forming stages are so strongly consolidated that the hydroforming process would be impaired. All other areas of the component that are not covered by the heat treatment will advantageously retain their preforming Consolidation.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention will follow an embodiment and associated Drawings closer explained.

Es zeigen:Show it:

1: Ausgangs-Bauteil, 1 : Output component,

2: Bauteil nach einer ersten Umformstufe (Biegen), 2 : Component after a first forming step (bending),

3: Bauteil nach einer zweiten Umformstufe (Stauchen des Mittenbereiches), 3 : Component after a second forming step (compression of the central area),

4: Bauteil, bei welchem in den Biegebereichen eine partielle Wärmebehandlung erfolgt. 4 : Component in which in the bending partial heat treatment is sufficient.

5: in das Innenhochdruckumformwerkzeug 2 eingelegtes Bauteil 1, 5 : into the hydroforming tool 2 inserted component 1 .

6: Schema des Verfahrensablaufes. 6 : Scheme of the procedure.

In 1 ist das (Ausgangs-) Bauteil 1 in Form eines Rohres dargestellt. Dieses wird in einer ersten Umformstufe U1 z.B. zweifach gebogen, so dass gem. Draufsicht (2) eine U-förmige Zwischenform (Bauteil 1) erzeugt wird. Die beiden Biegeradien bilden dabei einen stark verfestigten Bereich 1v. Anschließend wird das Bauteil 1 z.B. in einer zweiten Umformstufe U2 in seinem Mittenbereich gestaucht (3), wobei auch in diesem Bereich 1m eine Verfestigung auftritt, die jedoch geringer ist als die Verfestigung in den Bereichen 1v. Nun werden gem. 4 ausschließlich die Bereiche 1v einer partiellen Wärmebehandlung W unterzogen, wodurch die Verfestigung in diesen Bereichen abgebaut wird.In 1 is the (starting) component 1 represented in the form of a tube. This is bent twice in a first forming stage U1, so that according to. Top view ( 2 ) a U-shaped intermediate shape (component 1 ) is produced. The two bending radii form a strongly consolidated area 1v , Then the component 1 for example in a second forming stage U2 compressed in its central area ( 3 ), also in this area 1m solidification occurs, but is less than the solidification in the areas 1v , Now according to 4 only the areas 1v undergo a partial heat treatment W, whereby the solidification is broken down in these areas.

Abschließend erfolgt nun gem. 5 in einem Innenhochdruckumformwerkzeug 2, welches eine Gravur 3 aufweist, das Innenhochdruckumformen IHU des partiell wärmebehandelten Bauteiles 1. Durch die partielle Wärmebehandlung wird Rissbildung in den besonders gefährdeten Bereichen (Radien) beim Innenhochdruckumformen vermieden. In dem Mittenbereich 1m wurde die Verfestigung aufrecht erhalten bzw. beim Innenhochdruckumformen noch erhöht.Finally, according to 5 in a hydroforming tool 2 which is an engraving 3 has, the hydroforming IHU of the partially heat-treated component 1 , The partial heat treatment prevents crack formation in the particularly endangered areas (radii) during hydroforming. In the middle area 1m the consolidation was maintained or increased during hydroforming.

6 zeigt nochmals den Verfahrensablauf bei 2 Umformstufen U1, U2 vor dem Innenhochdruckumformen IHU, wobei vor dem IHU eine nur partielle Wärmebehandlung W bestimmter verfestigter Bereiche des Bauteiles erfolgt. 6 shows again the process sequence for 2 forming stages U1, U2 before hydroforming hydroforming, where only partial heat treatment W of certain solidified areas of the component takes place before the hydroforming.

Durch die Verwendung eines induktiven Verfahrens für die partielle Wärmebehandlung ist es möglich, gezielt nur definierte Bereiche des Bauteiles dieser Wärmebehandlung zu unterziehen.By using an inductive Procedure for the partial heat treatment Is it possible, targeted only defined areas of the component of this heat treatment to undergo.

Bevorzugt wird die partielle Wärmebehandlung induktiv und unter Schutzgas bei einem Druck gleich größer 1 bar durchgeführt.Partial heat treatment is preferred inductive and under protective gas at a pressure equal to or greater than 1 bar carried out.

Die Einrichtung zur Wärmebehandlung kann dabei direkt am Standort des Innenhochdruckumformwerkzeuges bzw. zwischen den Umformstationen U2 und IHU positioniert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die partielle Wärmebehandlung zwischen zwei vor dem IHU liegenden Umformstufen U1 bis Un durchzuführen. Weiterhin ist es möglich, mehrere der Verfahrensläufe gem. 6 nacheiander vorzunehmen.The device for heat treatment can be positioned directly at the location of the hydroforming tool or between the forming stations U2 and IHU. Of course, it is also possible to carry out the partial heat treatment between two forming stages U1 to Un located in front of the IHU. It is also possible to perform several of the process runs according to 6 successively.

Für das erfindungsgemäße Verfahren mit partieller Erwärmung sind insbesondere metallische Werkstoffe wie Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer und deren Legierungen geeignet, aus welchen größere, sich vorrangig längs erstreckende Bauteile in Form von Rahmenstrukturteilen hergestellt werden, wie beispielsweise Längsträger, Tischbeine, Motorträger, Karosserieteile von Kraftfahrzeugen usw.For the inventive method with partial warming are in particular metallic materials such as steel, aluminum, magnesium, Copper and their alloys are suitable, from which larger ones primarily lengthways extending components made in the form of frame structure parts such as side members, table legs, Motor carrier, Body parts of motor vehicles, etc.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine elegante und kostengünstige Lösung für die Herstellung dieser Werkstücke zur Verfügung gestellt, die gleichzeitig die Bauteileigenschaften verbessert, durch

  • – die Verringerung bzw. Vermeidung von Verzug,
  • – spezifischem Abbau von Verfestigungen in definierten Bereichen, in welchen dies für das nachfolgende IHU erforderlich ist und
  • – durch die Aufrechterhaltung von Verfestigungen in anderen Bereichen des Bauteiles.
With the method according to the invention, an elegant and inexpensive solution for the production of these workpieces is made available, which at the same time improves the component properties
  • - the reduction or avoidance of delay,
  • - specific breakdown of solidifications in defined areas in which this is necessary for the subsequent IHU and
  • - by maintaining solidifications in other areas of the component.

Claims (9)

Verfahren zum Herstellen von Bauteilen, bei dem ein Rohr als Rohling unter Verwendung eines Formgebungswerkzeuges mittels Innenhochdruck in die durch das Formgebungswerkzeug bestimmte Form umgeformt wird, wobei das Bauteil (1) in ein oder mehreren Umformstufen (U1...Un) vorgeformt wird und die letzte Umformstufe das Innenhochdruckumformen (IHU) ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Innenhochdruckumformen (IHU) das Bauteil (1) in den Bereichen (1v), in welchen durch die vorangegangenen Umformstufen (U1...Un) eine starke, den Werkstofffluss beim Innenhochdruckumformen (IHU) beeinträchtigende, Verfestigung zu verzeichnen ist, partiell einer, die Verfestigung des Werkstoffs des Bauteiles (1) abbauenden, Wärmebehandlung (W) unterzogen wird.Method for producing components, in which a tube as a blank is formed into the shape determined by the shaping tool using a shaping tool by means of internal high pressure, the component ( 1 ) is preformed in one or more forming stages (U 1 ... U n ) and the last forming stage is hydroforming (IHU), characterized in that before the hydroforming (IHU) the component ( 1 ) in the areas (1 v ) in which the previous forming stages (U 1 ... U n ) show a strong hardening, which affects the material flow during hydroforming (IHU), partially one, the hardening of the material of the component ( 1 ) degrading, heat treatment (W) is subjected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in gebogenen Bereichen (1.1) und/oder anderen sich stark umgeformten und verfestigten Bereichen partiell einer Wärmebehandlung (W) unterzogen wird.A method according to claim 1, characterized in that the component ( 1 ) in curved areas ( 1.1 ) and / or other strongly deformed and solidified areas is partially subjected to a heat treatment (W). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wärmebehandlung (W) mittels Konvektion, Wärmestrahlung oder anderem Wärmeeintrag erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the partial heat treatment (W) by convection, heat radiation or other heat input he follows. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wärmebehandlung mittels induktiver Erwärmung erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that the partial heat treatment by means of inductive heating he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung (W) unter Schutzgas erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the heat treatment (W) under protective gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung (W) unter einem Druck größer gleich 1 bar durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the heat treatment (W) under a pressure greater than or equal to 1 bar becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bereiche (1v) eines Bauteiles (1) nacheinander oder gleichzeitig einer partiellen Wärmebehandlung (W) unterzogen werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that several areas ( 1v ) of a component ( 1 ) are subjected to a partial heat treatment (W) in succession or simultaneously. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (1v) mehrerer Bauteile (1) gleichzeitig einer partiellen Wärmebehandlung unterzogen werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the areas ( 1v ) several components ( 1 ) undergo partial heat treatment at the same time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Umformstufen (U1. . . Un) zum Vorformen des Bauteils 1, – die partielle Wärmebehandlung (W) und – das Innenhochdruckumformen (IHU) in eine Fertigungslinie integriert sind.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that - the forming steps (U 1 ... U n ) for preforming the component 1 , - the partial heat treatment (W) and - the hydroforming (IHU) are integrated in a production line.
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