DE10312028B4

DE10312028B4 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen

Info

Publication number: DE10312028B4
Application number: DE10312028A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. Schulze
Original assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH
Current assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: DE10312028A1

Abstract

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...U_n) vorgeformt wird und die letzte Umformstufe das Innenhochdruckumformen (IHU) ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Innenhochdruckumformen (IHU) das Bauteil (1) in gebogenen Bereichen (1.1) und/oder anderen sich stark umgeformten und verfestigten Bereichen (1v), in welchen durch die vorangegangenen Umformstufen (U₁...U_n) 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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung von Bauteilen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, wobei ein Profilbauteil in mehreren Umformstufen hergestellt wird wobei die abschließende Umformstufe ein Innenhochdruckumformen ist.

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.

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 Kaltwalzblech eingesetzt, um die Duktilität zu erhöhen. Gem. DE 100 42 465 A1 wird ein Bauteil partiell mechanisch (auch mittels Hydroumformen) aufgeweitet und/oder reduziert und anschließend das gesamten Bauteil weichgeglüht.

Ein entscheidender Nachteil der vorgenannten Lösungen ist, dass das Zwischenglühen/Weichglühen der Bauteile örtlich getrennt vom Umformprozess erfolgt. Dazu müssen die Bauteile zweimal verladen und transportiert werden. Durch das Wärmebehandeln des gesamten Bauteils werden alle Bereiche einer Wärmebehandlung unterzogen, so dass im gesamten Bauteil die Verfestigung abgebaut wird. Ebenfalls nachteilig ist der durch die Wärmebehandlung auftretende Verzug im Bauteil.

Es bestand daher die Aufgabe, ein effektives kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit abschließendem Innenhochdruckumformen unter Einbeziehen einer Wärmebehandlung zu entwickeln, welches Verzug der Bauteile reduziert, wobei definierte Bereiche des Bauteiles, die beim Vorformen eine Verfestigung erfahren haben, diese Verfestigung auch nach der Wärmebehandlung aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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...U_n) 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.

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.

Dabei sind bevorzugt

– die Umformstufen (U₁...U_n) zum Vorformen des Bauteils 1,
– die partielle Wärmebehandlung (W) und
– das Innenhochdruckumformen (IHU)

in eine gemeinsame (lokal nicht getrennte) Fertigungslinie integriert.

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.

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.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Ausgangs-Bauteil,
2: Bauteil nach einer ersten Umformstufe (Biegen),
3: Bauteil nach einer zweiten Umformstufe (Stauchen des Mittenbereiches),
4: Bauteil, bei welchem in den Biegebereichen eine partielle Wärmebehandlung erfolgt.
5: in das Innenhochdruckumformwerkzeug 2 eingelegtes Bauteil 1,
6: Schema des Verfahrensablaufes.
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.
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 Innenhochdruchumformen noch erhöht.
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.
Durch die Verwendung eines induktiven Verfahrens für die partielle Wärmebehandlung ist es möglich, gezielt nur definierte Bereiche des Bauteiles dieser Wärmebehandlung zu unterziehen.
Bevorzugt wird die partielle Wärmebehandlung induktiv und unter Schutzgas bei einem Druck gleich größer 1 bar durchgeführt.
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.
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.
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.

Claims

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...U_n) vorgeformt wird und die letzte Umformstufe das Innenhochdruckumformen (IHU) ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Innenhochdruckumformen (IHU) das Bauteil (1) in gebogenen Bereichen (1.1) und/oder anderen sich stark umgeformten und verfestigten Bereichen (1v), in welchen durch die vorangegangenen Umformstufen (U₁...U_n) 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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wärme behandlung (W) mittels induktiver Erwärmung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung (W) unter Schutzgas erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung (W) unter einem Druck größer gleich 1 at durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bereiche (1v) eines Bauteiles (1) nacheinander oder gleichzeitig einer partiellen Wärmebehandlung (W) unterzogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (1v) mehrerer Bauteile (1) gleichzeitig einer partiellen Wärmebehandlung unterzogen werden.