EP0946311B1 - Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen - Google Patents

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EP0946311B1
EP0946311B1 EP97954916A EP97954916A EP0946311B1 EP 0946311 B1 EP0946311 B1 EP 0946311B1 EP 97954916 A EP97954916 A EP 97954916A EP 97954916 A EP97954916 A EP 97954916A EP 0946311 B1 EP0946311 B1 EP 0946311B1
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EP
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sheet
sheet metal
strength
metal flat
metal
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EP97954916A
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Gerhard Schiessl
Hans-Wilhelm Bergmann
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Original Assignee
Audi AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/26—Deep-drawing for making peculiarly, e.g. irregularly, shaped articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/02—Edge parts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a according to the strength or rigidity requirements sheet metal part having different material thicknesses Deep drawing.
  • the generic manufacturing process serves in particular Lightweight and takes place in a special way in the manufacture of Vehicle bodies application. While it was common until now, a sheet metal part in its thickness according to the area / section of the highest In the meantime, one has to interpret mechanical requirements passed, regarding the material thicknesses with regard to the local differentiate between different stiffness requirements.
  • a corresponding method is, for example, in DE 43 07 563 C2 described.
  • the patent explains a method of manufacturing one Sheet metal structure part, consisting of a multiple sheet metal structure a base plate and in some cases an associated one Reinforcing plate or several reinforcing plates, wherein the base plate and the reinforcement plate or the reinforcement plates be deep-drawn together.
  • the reinforcement plate or the reinforcement plates before deep drawing together at least partially attached to the base plate and after deep drawing permanently connected to the base plate.
  • EP 0 486 093 B1 describes a method in which the amplification of Areas of a molded part by means of a reinforcing structural member takes place, which is deformed separately by a plate body to be covered and only then with the plate body, which is also fully formed is connected. This is the process of shaping complicated and expensive.
  • the invention has for its object a further method for Manufacture one according to the strength or Stiffness requirements having different material thicknesses Provide molded sheet metal part, which is inexpensive and in terms of Shaping process is easily carried out.
  • the solution according to the invention is in accordance with the process features to see claim 1.
  • Such a way manufactured sheet metal part requires only a relatively small additional manufacturing and logistical effort.
  • the sheet metal parts are characterized by a high surface quality and smooth transitions between areas of different material thicknesses.
  • DE 44 25 033 A1 also describes a method and a method Device for pressure forming workpieces described, wherein a Workpiece clamped in a clamping device and by at least one Press tool is formed.
  • a Workpiece clamped in a clamping device and by at least one Press tool is formed.
  • One is in particular Laser beam device is provided through which the workpiece with a Laser beam is applied and heated to increase the yield stress lower and improve the formability.
  • the Forming temperature is adaptable to different materials and adjustable. This can cause local heating of the workpiece in the Areas of high degrees of deformation. With various Embodiments there is also the possibility of the wall thickness of the To reduce the workpiece without going into why such a reduction should be aimed for.
  • DE 43 16 829 A1 also describes a method for Material processing with diode radiation described, one Adjustment of the beam profile to the machining process can take place.
  • Possible applications are given: forming and bending one Workpiece, laser flame cutting, welding of workpieces, Removal of impurities or coatings on workpieces, local warming to support a exciting Workpiece processing and soldering of workpieces.
  • a local temperature change occurs during or immediately before Forming the sheet metal to form a sheet metal part z.
  • the sheet is formed in two steps. After a first one Deformation with a small degree of deformation follows Final shaping - according to the properties of the sheet to be deformed were changed accordingly by a local temperature increase - with a high degree of deformation especially in the areas where a Material thickness reduction is sought.
  • the aim of this variant is to change the yield point locally Heat after one of the last rolling steps, but before the Sheet finishing is introduced into a coil or sheet metal.
  • steels ZStE 180 BH (bake hardening) and DP 500 in a temperature range between 200 ° C to 400 ° C an increase in Yield strengths can be determined by approx. 25% based on the initial values. While the bake hardening steel has no more Strength changes occur at higher temperatures, the fall Values for the dual-phase steel from temperatures above 550 ° C again by up to 25% of the highest yield strength values.
  • the aim of this variant is to change the yield point locally Heat that is immediately before or during the forming into the (black) Sheet metal is introduced.
  • the temperature is - around a local fluidity to effect - preferably choose between 100 ° C and 200 ° C, with a strength reduction of up to 8% compared to the initial state is expected.
  • the moderate temperatures required in this case can can be tolerated by the forming tool.
  • temperatures in the dual-phase steel are around 200 ° C or around which needs 500 ° C or more to make sense in certain areas To achieve an increase in local elongation.
  • At temperatures around 200 ° C is a strength reduction of at least 10% from 550 ° C by at least Make up 20% of the initial state.
  • TRIP 800 and CP 1000 require one Temperature of approx. 500 ° C in order to achieve a sensible local expansion. This leads to a reduction in strength of approx. 22% or 28% compared to the initial state.
  • Variant B is definitely for the bake hardening steel and for the Dual-phase steel can be used to a limited extent.
  • TRIP 800 and CP 1000 which are used to lower the strength values temperatures variant B is less suitable than 500 ° C.
  • the necessities Temperatures are too high for use in the forming tool.
  • As a heat input source (Temperature range: approx. 100 ° C to 250 ° C) is the following imaginable: oil bath, hair dryer.
  • variant C The goal of variant C is to form the sheet in two steps. After the first forming step, you can proceed as in variant B.
  • a practical implementation can consist in that the sheet material after one of the last rolling steps by local heating in one Furnace with different heating zones by means of a burner arrangement, inductive heating or by high-energy radiation sources locally in the Yield point is lowered.
  • markings on the Surface of the sheet can be the areas where the strength was lowered, can be recognized by the deep drawing press or presses, so that appropriate positioning of the sheet in the forming tool becomes possible.
  • a practical version of variants B and C can consist of that the sheet metal material by local heating immediately before Forming in a furnace with different heating zones using a Burner arrangement inductive or by high-energy radiation sources locally in the Yield point is changed, or by this during the Forming happens through the action of appropriate heat sources.
  • FIG. 1a shows a sheet metal plate 1 with an initial sheet thickness d 0 and with areas 1.1, 1.2, 1.3 that have been heat-treated with different intensities, while FIG. from which it can be seen that regions with different sheet thicknesses d1, d2 and d3 have also arisen.
  • FIGS. 2a and 2b show two examples using FIGS. 2a and 2b Yield strengths with different hardening behavior, as shown by the corresponding heat treatment in different areas of the Sheet 1 occur. Areas where both material areas can flow plastically are hatched. This is illustrated using ⁇ / ⁇ diagrams.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles durch Tiefziehen.
Das gattungsgemäße Herstellungsverfahren dient insbesondere dem Leichtbau und findet in besonderer Weise bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien Anwendung. Während es nämlich bisher üblich war, ein Blechformteil in seiner Dicke nach dem Bereich/Abschnitt der höchsten mechanischen Anforderungen auszulegen, ist man mittlerweile dazu übergegangen, bezüglich der Materialstärken im Hinblick auf die lokal unterschiedlichen Steifigkeitsanforderungen zu differenzieren.
Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 43 07 563 C2 beschrieben. Das Patent erläutert ein Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles, das partiell eine Mehrfachblechstruktur, bestehend aus einem Grundblech und stellenweise einem damit verbundenen Verstärkungsblech oder mehreren Verstärkungsblechen, aufweist, wobei das Grundblech und das Verstärkungsblech oder die Verstärkungsbleche gemeinsam tiefgezogen werden. Dabei wird das Verstärkungsblech bzw. werden die Verstärkungsbleche vor dem gemeinsamen Tiefziehen zumindest teilweise am Grundblech befestigt und nach dem Tiefziehen unlösbar mit dem Grundblech verbunden.
Eine entsprechende Vorgehensweise ist in der Patentanmeldung DE 42 28 396 A1 beschrieben, bei der neben einer partiellen Steifigkeitserhöhung das weitere Ziel verfolgt wird, die schwingungsfähige Masse ebener oder gering verformter Blechteilbereiche zu verringern, um damit die Eigenfrequenzen zu erhöhen.
Dem vorstehend erwähnten Stand der Technik haftet der Nachteil an, daß bei einer solchen Vorgehensweise bezüglich Fertigung und Logistik ein hoher Aufwand betrieben werden muß, der entsprechend kostenintensiv ist.
Die EP 0 486 093 B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Verstärkung von Teilbereichen eines Formteiles mittels eines verstärkenden Strukturgliedes erfolgt, das von einem zu bedeckenden Plattenkörper getrennt verformt wird und erst anschließend mit dem ebenfalls fertig geformten Plattenkörper verbunden wird. Bei dieser Vorgehensweise ist der Formgebungsprozeß kompliziert und aufwendig.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die DE 41 04 256 A1 verwiesen. Dort wird insbesondere am Beispiel von Karosserieteilen für Personen- und Lastkraftwagen erläutert, wie hochbelastete lokale Bereiche (Scharnieraufnahmen, Schloßverstärkungen, Ansatzbereiche für Holme oder sonstige tragende Teile) wirkungsvoll verstärkt werden können. Im Ergebnis werden bei diesem Verfahren Formteile erstellt, die auch als sogenannte "tailored blanks" bekannt geworden sind (siehe hierzu auch VDI-Berichte Nr. 1002, 1993, Seite 45-51). In der letztgenannten Literaturstelle wird insbesondere am Beispiel eines Türinnenbleches gezeigt, wie durch größere Blechdicken im Bereich der Scharnier- und Schloßbefestigung eine ausreichende Steifigkeit erzeugt werden kann. Die Gewichtsersparnis erbringt dabei ein zwischen dickeren Blechen eingebrachtes Dünnblech. Nachteilig an diesen Blechen ist die Tatsache, daß sie im Grunde genommen nur für Formteile verwendet werden können, die am fertigen Produkt nicht sichtbar sind. Beide vorgenannte Druckschriften stellen explizit auf Formkörper ab, die entweder selbst Innenteil eines Teileverbundes sind oder durch gesonderte Formteile auf einer inneren Teilfläche mit Störung der äußeren Oberfläche verstärkt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles bereitzustellen, welches kostengünstig und hinsichtlich des Formgebungsprozesses problemlos durchführbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in den Verfahrensmerkmalen gemäß dem Patentanspruch 1 zu sehen. Ein solchermaßen hergestelltes Blechformteil erfordert nur einen relativ geringen zusätzlichen fertigungstechnischen und logistischen Aufwand. Die Blechformteile zeichnen sind durch eine hohe Oberflächengüte und fließende Übergänge zwischen den Bereichen unterschiedlicher Materialstärken aus.
An sich ist es bereits aus der DE 23 32 287 B2 bekannt, zum Tiefziehen von Stahlblechen, insbesondere von Blechen aus austenitischen Stählen, eine Erwärmung im Bereich der Formgebung vorzusehen. Im Bereich der Kraftübertragung findet andererseits eine Kühlung statt. Die Wärmebehandlung dient insgesamt dem Zweck, das Tiefziehverfahren so zu gestalten, daß austenitische Stahlbleche umformbar sind. Eine über die Platinenoberfläche unterschiedliche Wärmebehandlung mit dem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Ziel, entsprechend den Festigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken zu erhalten, findet nicht statt.
In der DE 44 25 033 A1 sind desweiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drückumformen von Werkstücken beschrieben, wobei ein Werkstück in eine Spanneinrichtung eingespannt und durch zumindest ein Drückwerkzeug umgeformt wird. Insbesondere ist eine Laserstrahleinrichtung vorgesehen, durch die das Werkstück mit einem Laserstrahl beaufschlagt und erwärmt wird, um die Fließspannung zu senken und das Formänderungsvermögen zu verbessern. Die Umformtemperatur ist an unterschiedliche Materialien anpaßbar und regelbar. Dadurch kann eine lokale Erwärmung des Werkstückes in den Bereichen hoher Umformgrade erfolgen. Bei diversen Ausführungsbeispielen besteht auch die Möglichkeit, die Wandstärke des Werkstückes zu reduzieren, ohne daß darauf eingegangen wird, weshalb eine solche Reduzierung anzustreben ist.
In der DE 43 16 829 A1 ist desweiteren ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Diodenstrahlung beschrieben, wobei eine Anpassung des Strahlprofiles an den Bearbeitungsprozeß erfolgen kann. Als Anwendungsmöglichkeiten werden angegeben: Umformen und Biegen eines Werkstückes, Laserstrahlbrennschneiden, Schweißen von Werkstücken, Beseitigen von Verunreinigungen oder Beschichtungen von Werkstücken, lokale Erwärmung zur Unterstützung einer spannabhebenden Werkstückbearbeitung und Löten von Werkstücken.
Durch die Verwendung hoch-, höher- und höchstfester Stahlbleche kann beispielsweise im Karosseriebau eine Reduzierung des Teilegewichtes erreicht werden. Da solche Stähle jedoch nur eine begrenzte Umformbarkeit besitzen, ist deren Einsatz häufig aufgrund funktionsbedingt erforderlicher Umformgrade in bestimmten Bereichen des tiefzuziehenden Teiles ausgeschlossen. Nach der Erfindung wird dieser Mangel dadurch behoben und eine weitere Reduzierung des Teilegewichtes durch unterschiedliche Materialstärken dadurch erreicht, daß über eine lokale Temperaturerhöhung vor oder während des Umformens, insbesondere Tiefziehens, die Fließgrenze lokal abgesenkt und das Verfestigungs- und Formänderungsvermögen verändert wird. Damit kann erreicht werden, daß in den Bereichen, in denen funktionsbedingt hohe Festigkeiten/Steifigkeiten erforderlich sind, keine oder nur eine geringe Reduzierung der Materialstärke beim Umformen auftritt, während andererseits in den Bereichen, in denen keine oder geringere Festigkeits-/Steifigkeitsanforderungen gestellt werden, die Blechstärke während des Umformens relativ stark, d. h. auf das technisch zulässige Maß reduziert werden kann.
Je nach verwendetem Blechwerkstoff, Blechdicke und Teilegeometrie läßt sich ein unterschiedliches Fließverhalten z. B. durch die nachstehend aufgeführten Varianten erreichen.
Variante A:
Eine lokale Erwärmung erfolgt nach einem der letzten Walzschritte; hierdurch entsteht ein Coil- oder Tafelblech, welches ein dem späteren Umformprozeß angepaßtes Formänderungsverhalten aufweist. Die lokale Änderung des Fließverhaltens wird werkstoffabhängig erreicht, nämlich
  • bei gewalzten Stahlblechen der Qualität St 15 erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Rekristallisation bzw. Erholung des Blechwerkstoffes,
  • bei Dualphasenstählen (DP 500) erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Veränderung des Martensit-, Ferritanteiles oder durch Änderung der Martensithärte der martensitischen Phasenbestandteile,
  • bei ausscheidungsgehärteten Blechwerkstoffen erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Überalterung bzw. Homogenisierung des Blechwerkstoffes
Variante B:
Eine lokale Temperaturänderung erfolgt während oder unmittelbar vor der Umformung des Bleches zum Blechformteil z. B. im Tiefziehwerkzeug oder in einer dem Tiefziehwerkzeug vorgeschalteten Anwärm- bzw. Abkühlvorrichtung. Hierdurch wird in dem temperaturveränderten Bereich die Fließgrenze aufgrund deren Temperaturabhängigkeit und das Umformverhalten lokal verändert.
Variante C:
Hier erfolgt die Umformung des Bleches in zwei Schritten. Nach einer ersten Verformung mit einem kleinen Umformgrad erfolgt die anschließende Endformung - nachdem die Eigenschaften des zu verformenden Bleches durch eine lokale Temperaturerhöhung entsprechend verändert wurden - mit einem hohem Umformgrad vor allem in den Bereichen, wo eine Materialstärken-Reduzierung angestrebt wird.
Zu verschiedenen Stahlsorten bereits durchgeführte Versuche ergaben folgendes:
Variante A - Lokale Erwärmung nach einem der letzten Walzschritte
Ziel dieser Variante ist ja die lokale Änderung der Fließgrenze durch Wärme, die nach einem der letzten Walzschritte, aber vor der Blechveredelung in ein Coil oder Tafelblech eingebracht wird. Bei höherfesten Stählen, Stähle ZStE 180 BH (Bake-Hardening) und DP 500, ist in einem Temperaturbereich zwischen 200° C bis 400° C ein Anstieg der Streckgrenzen um ca. 25 % bezogen auf die Ausgangswerte feststellbar. Während bei dem Bake-Hardening-Stahl keine weiteren Festigkeitsänderungen bei höheren Temperaturen auftreten, fallen die Werte bei dem Dualphasen-Stahl ab Temperaturen oberhalb 550° C wieder um bis zu 25 % der höchsten Streckgrenzenwerte ab.
Bei den höchstfesten Stählen, z. B. TRIP 800 und CP 1000, schwanken die Festigkeitskennwerte. Insgesamt sind vergleichsweise geringe Festigkeitsunterschiede von ca. 10 % gegenüber der Raumtemperaturfestigkeit zu verzeichnen.
Fazit: Es ist bei eben diskutierten Stählen gemäß Variante A möglich, auf Coils oder Tafelbleche lokale Streckgrenzenänderungen entsprechend einem geeigneten Formteil einzustellen. Die Wärmeeinbringung kann z. B. mit einem Laser erfolgen.
Variante B - Lokale Erwärmung unmittelbar vor oder während dem Umformen
Ziel dieser Variante ist ja die lokale Änderung der Fließgrenze durch Wärme, die unmittelbar vor oder während dem Umformen in das (Schwarz-) Blech eingebracht wird.
Die Temperatureinbringung kann sehr schnell, d. h. im Sekundenbereich erfolgen. Bei den getesteten Stählen (ZStE 180 BH, DP 500) ist festzustellen, daß bei einer Erwärmung bestimmte Bereiche stark, andere wiederum schwach verformen.
Bei dem Bake-Hardening-Stahl ist die Temperatur - um eine lokale Fließfähigkeit zu bewirken - vorzugsweise zwischen 100° C und 200° C zu wählen, wobei eine Festigkeitsabsenkung um bis zu 8 % zum Ausgangszustand zu erwarten ist. Die in diesem Fall benötigten moderaten Temperaturen können durchaus von dem Umformwerkzeug ertragen werden. Im Gegensatz dazu werden bei dem Dualphasen-Stahl Temperaturen um die 200° C bzw. um die 500° C oder mehr benötigt, um in bestimmten Bereichen eine sinnvolle Erhöhung der lokalen Dehnung zu erreichen. Bei Temperaturen um die 200° C ist eine Festigkeitsabsenkung von mindestens 10 % ab 550° C um mindestens 20 % zum Ausgangszustand auszumachen.
Bei den höchstfesten Blechqualitäten TRIP 800 bzw. CP 1000 bedarf es einer Temperatur von ca. 500° C, um eine sinnvolle lokale Dehnung zu bewirken. Dabei kommt es zu Festigkeitsabsenkungen von ca. 22 % bzw. 28 % gegenüber dem Ausgangszustand.
Fazit: Variante B ist für den Bake-Hardening-Stahl definitiv und für den Dualphasen-Stahl bedingt anwendbar. Für die höchstfesten Varianten TRIP 800 und CP 1000, die zum Absenken der Festigkeitswerte Temperaturen über 500° C benötigen, ist Variante B weniger geeignet. Die benötigten Temperaturen sind zu hoch für den Einsatz im Umformwerkzeug. Als Wärmeeinbringungsquelle (Temperaturbereich: ca. 100° C bis 250° C) ist folgendes vorstellbar: Ölbad, Fön.
Ohne Bedeutung für eine lokale Dehnungsänderung scheint für alle genannten Stahlqualitäten der Temperaturbereich zwischen ca. 350° C bis 450° C zu sein. In diesem Bereich kommt es zu keiner Festigkeitsabsenkung, sondern zu einem Festigkeitsmaximum, das mit dem Bake-Hardening-Effekt begründet werden kann.
Variante C - Umformen in zwei Schritten
Ziel von Variante C ist ja die Umformung des Bleches in zwei Schritten. Nach dem ersten Umformschritt kann wie in Variante B vorgegangen werden.
In Zusammenhang mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind noch folgende Überlegungen beachtenswert:
Normalerweise erfolgt in einem einfachen Zugversuch bei lokaler Erwärmung einer Zugprobe bevorzugt eine Einschnürung in dem beschriebenen Bereich, da die Streckgrenze wegen der erhöhten Temperatur absinkt, und so ein Bereich besonders starken Fließens entsteht.
Beim Zugversuch gelten folgende Zusammenhänge: σ = FS0 Rm = Fmax S0 ε = ΔLL0 = L - L0 L0
Dabei ist:
σ :
Nennspannung
S0 :
Ausgangsquerschnitt
F :
Zugkraft
Rm :
Zugfestigkeit
Fmax :
maximale Zugkraft
Rp :
Dehngrenze, z.B. RP0,2
ε :
Dehnung
ΔL :
Verlängerung
L0 :
Anfangsmeßlänge
L :
jeweilige Meßlänge
Da die bei der Einschnürung verrichtete mechanische Arbeit in Wärme umgewandelt wird, steigt die Temperatur weiter an, mit der Folge, daß die Verfestigung nicht in dem Maße steigen kann, wie die Fließspannung sinkt und es schließlich zum Versagen der Probe kommt. Stellt man hingegen in verschiedenen Bereichen gewisse Unterschiede in der Fließgrenze ein - z. B. 20% / 10% / 5% -, was durch gestaffelte Temperaturerhöhung erreicht werden kann, so kann dieses "normale", oben beschriebene Verhalten vermieden werden. Ziel der Varianten A, B und C ist die Einstellung von geringen Unterschieden in den Streckgrenzen mit unterschiedlichen Verfestigungsverhalten in den verschiedenen Bereichen.
Eine praktische Ausführung kann darin bestehen, daß der Blechwerkstoff nach einem der letzten Walzschritte durch eine lokale Erwärmung in einem Ofen mit unterschiedlichen Heizzonen mittels einer Brenneranordnung, induktiver Erwärmung oder durch Hochenergiestrahlquellen lokal in der Fließgrenze abgesenkt wird. Durch entsprechende Markierungen auf der Oberfläche des Bleches können die Bereiche, in denen die Festigkeit abgesenkt wurde, von der oder den Tiefziehpressen erkannt werden, so daß eine entsprechende Positionierung des Bleches im Umformwerkzeug möglich wird.
Eine praktische Ausführung zu den Varianten B und C kann darin bestehen, daß der Blechwerkstoff durch eine lokale Erwärmung unmittelbar vor der Umformung in einem Ofen mit unterschiedlichen Heizzonen mittels einer Brenneranordnung induktiv oder durch Hochenergiestrahlquellen lokal in der Fließgrenze verändert wird, oder dadurch, daß dies während der Umformung durch Einwirkung entsprechender Wärmequellen geschieht.
Denkbar wäre auch die Anwendung von Maßnahmen (z. B. Diodenstrahlung) entsprechend dem eingangs abgehandelten Stand der Technik.
Die mit den erfindungsgemäßen Verfahren einhergehenden Möglichkeiten zur Gestaltung unterrschiedlicher Blechformteil-Festigkeiten und -Materialstärken sind noch erweiterbar, wenn die zum Blechformteil umzuformende Platine sich aus z. B. zwei gefügten (geschweißten) Teilblechen unterschiedlicher Stahlwerkstoffe undloder unterschiedlicher Blechdicken zusammensetzt.
In der Zeichnung ist in Fig. 1a eine Blechplatine 1 mit einer Ausgangs-Blechdicke d0 und mit mit unterschiedlicher Intensität wärmebehandelten Bereichen 1.1, 1.2, 1.3 dargestellt, während in Fig. 1b die zu einem Blechformteil 2 umgeformte Blechplatine 1 in Schnittdarstellung gezeigt ist, woraus ersichtlich wird, daß dabei auch Bereiche mit unterschiedlichen Blechdicken d1, d2 und d3 entstanden sind.
Fig. 2 zeigt anhand zweier Beispiele Fig. 2a bzw. 2b unterschiedliche Streckgrenzen mit unterschiedlichen Verfestigungsverhalten, wie sie nach der entsprechenden Wärmebehandlung in verschiedenen Bereichen der Blechplatine 1 auftreten. Gebiete, in denen beide Werkstoffbereiche plastisch fließen können, sind schraffiert. Verdeutlicht ist dies anhand von σ/ε-Schaubildern.
Ausgangssituation: In einem Werkstoff liegen nebeneinander zwei unterschiedliche Werkstoffzustände 1 bzw. 2 mit den unterschiedlichen Zugfestigkeiten Rm 1 bzw. Rm 2 und den Dehngrenzen Rp 1 bzw. Rp 2 vor.
In einem Werkstoff, der Werkstoffbereiche mit unterschiedlichen Zugfestigkeiten/Dehngrenzen besitzt, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, damit beide Werkstoffbereiche bei einer vorgegebenen Spannung plastisch fließen können, ohne daß es dabei zum Bruch kommt:
Bedingungen: 1)   Rp 2 < Rp 1 < σ 2)   σ < minimum (Rm 2, Rm 1)
  • zu 1) Die aufgebrachte Spannung muß größer sein als die höhere der beiden Dehngrenzen, damit sich beide Werkstoffbereiche plastisch verformen,
    muß aber gleichzeitig
  • zu 2) kleiner sein, als die kleinere der beiden Zugfestigkeiten, damit es nicht zum Versagen des Werkstoffs kommen kann.
    • In den Figuren 2a) und 2b) bedeuten:
    Figure 00110001
    :
    Bereiche möglicher auftretender Dehnungen bei Vorgabe einer Spannung innerhalb des zulässigen Bereichens Δσ
    1, 2 :
    Werkstoffzustand 1 bzw. 2 mit Rm 1 bzw. Rm 2 und Rp 1 bzw. Rp 2
    Δσ :
    Zulässiger Spannungsbereich, in dem beide Werkstoffbereiche plastisch fließen, ohne daß Werkstoffversagen eintritt
    Δε1,2:
    Zum zulässigen Spannungsbereich Δσ gehörender Dehnungsbereich für Werkstoffbereich 1 bzw. 2

    Claims (6)

    1. Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles durch Tiefziehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blechplatine (1) im Bereich der Formgebung erwärmt wird, wobei zwecks Erreichen eines unterschiedlichen Werkstoff-Dehnungskoeffizienten über der Flächenerstreckung der Blechplatine (1) und damit einer unterschiedlich hohen Dehnung mit damit einhergehender Materialstärkenreduzierung der Blechplatine (1) während des Tiefziehens die Erwärmung nur partiell oder mit unterschiedlicher Intensität erfolgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus mindestens zwei gefügten Teilblechen unterschiedlicher Stahlwerkstoffe bestehenden Blechplatine (1).
    3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus mindestens zwei gefügten Teilblechen unterschiedlicher Blechdicken bestehenden Blechplatine (1).
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der Blechplatine (1) in mindestens zwei Schritten erfolgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung zwischen zwei Umformschritten erfolgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung nach einem der letzten Walzschritte bei der Blechherstellung und vor der weiteren Verarbeitung des Blechwerkstoffes erfolgt.
    EP97954916A 1996-12-20 1997-12-15 Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen Expired - Lifetime EP0946311B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19653543A DE19653543A1 (de) 1996-12-20 1996-12-20 Verfahren zum Herstellen eines Blechformteiles durch Tiefziehen
    DE19653543 1996-12-20
    PCT/EP1997/007029 WO1998028097A1 (de) 1996-12-20 1997-12-15 Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0946311A1 EP0946311A1 (de) 1999-10-06
    EP0946311B1 true EP0946311B1 (de) 2000-10-25

    Family

    ID=7815695

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP97954916A Expired - Lifetime EP0946311B1 (de) 1996-12-20 1997-12-15 Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen

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