EP1462192B1 - Verfahren zur Umformung einer Platine aus einem Vergütungsstahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Umformung einer Platine aus einem Vergütungsstahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1462192B1 EP04005921A EP04005921A EP1462192B1 EP 1462192 B1 EP1462192 B1 EP 1462192B1 EP 04005921 A EP04005921 A EP 04005921A EP 04005921 A EP04005921 A EP 04005921A EP 1462192 B1 EP1462192 B1 EP 1462192B1
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets
    • 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
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    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a blank from a tempered steel according to claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 6.
  • a planar blank made of a tempering steel is austenitized in a furnace, preferably a continuous furnace under a protective gas atmosphere.
  • a 22MnB5 tempering steel can be used, which for austenitizing takes about 7 min. annealed at about 950 ° C.
  • the hot austenitized planar board is placed in a preferably automated transfer device in a cooled for serial processes forming-Nergütungstechnikmaschine. This tool is part of a press and when closing the press, the hot board is formed into a component to final shape and quickly cooled in the closed mold with applied closing force and thereby hardened.
  • the hardened component is removed from the tool and descaled in a cleaning step, for example by sand or shot peening.
  • a Fertigkontur- and Lochberough the finished molded and cured Component preferably by means of laser cutting.
  • a piece galvanizing for corrosion protection is eliminated.
  • a disadvantage of the above methods are the complex process steps for cleaning / descaling in connection with the disposal of the scale and the costly trim in the cured state of the component, which is regularly perform laser cutting or possibly with high-strength mechanical Spezialbeitestechnikmaschineen.
  • the object of the invention is to propose a method for forming a blank made of tempered steel and a device for carrying out the method, which lead to a reduction of the process and device costs.
  • a "soft" prefabricated component is already produced from the still uncured board at ambient temperature with conventional forming measures, which already corresponds to the hardened prefabricated component in terms of its geometry including the cut.
  • this shaping by the subsequent process steps in particular the curing caused minor changes in shape and material, eg. B. low expansion for example, by scaling the precast component by 1%. This can advantageously be omitted trimming the cured component, since all shaping and trimming measures are performed before curing.
  • an industrial robot with a gripping arm is suitable.
  • the tempering / cooling tool includes a press device with directly or indirectly coolable press tools.
  • the press tools have contact surfaces which correspond in shape to the geometry of the soft prefabricated component produced in the first method step.
  • pre-fabricated component and closed press device are thus (without further component forming) only cooling contact surfaces between the prefabricated component and the press tools manufactured to ensure a good and rapid heat transfer.
  • the press device thus only needs to apply the force for the closing operation of the press tools without additional forming force, so that the tempering / cooling tool in comparison to the prior art is relatively easy and inexpensive to manufacture and operate.
  • the tempering / cooling tool can be closed and indirectly or directly cooled Contain tools that correspond to the production of cooling surfaces of the geometry of the prefabricated component, where appropriate, with only very small process-related and coordinated deviations.
  • the process sequence according to the invention for forming a blank 1 made of a tempered steel by means of a device 2 is shown schematically.
  • a so-called coil 3 the steel is unrolled, smoothed and the size of the board 1 necessary for a prefabricated component 7 punched out or cut off by means of a tool 4.
  • the still uncured board 1 is formed in a press 5 at ambient temperature by means of mechanical force into a soft prefabricated component 6 and also trimmed, so that with respect to the shape, the contour section and possible cutouts the precast component 6 already corresponds to the hardened finished component 7 with respect to its geometry.
  • the soft prefabricated component 6 is fed to a furnace 8 and austenitized there under a protective gas atmosphere 9.
  • the protective gas atmosphere 9 is in Fig. 1 drawn only schematically in the form of a gray box.
  • the tempering / cooling tool 11 is coupled to a cooling device 13.
  • the component transfer from the exit of the furnace 8 to the tempering / cooling tool 11 takes place in a space with protective gas atmosphere 9, so that cleaning or descaling of the prefabricated component 7 can advantageously be dispensed with. Subsequently, the hardened prefabricated component 7 can be galvanized in a zinc bath 14 for corrosion protection.
  • the tempering / cooling tool can be made easier because no relative high Umformungsschstedmaschine, as in a forming press necessary, is required.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung einer Platine aus einem Vergütungsstahl nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
  • Es sind mehrere Umformverfahren für Platinen aus einem Vergütungsstahl in Verbindung mit Härtungsprozessen allgemein bekannt:
  • Bei einem allgemeinen bekannten direkten Umformverfahren wird eine ebene Platine aus einem Vergütungsstahl in einem Ofen, vorzugsweise einem Durchlaufofen unter Schutzgasatmosphäre austenitisiert. Beispielsweise kann ein Vergütungsstahl in der Qualität 22MnB5 verwendet werden, der für die Austenitisierung ca. 7 min. bei ca. 950°C geglüht wird. Anschließend wird mit einer vorzugsweise automatisierten Transfereinrichtung die heiße austenitisierte ebene Platine in ein für Serienprozesse gekühltes Umform-Nergütungswerkzeug eingelegt. Dieses Werkzeug ist Bestandteil einer Presse und beim Schließen der Presse wird die heiße Platine zu einem Bauteil auf Endform umgeformt und im geschlossenen Werkzeug bei aufgebrachter Schließkraft schnell abgekühlt und dadurch gehärtet. Das gehärtete Bauteil wird aus dem Werkzeug entnommen und in einem Reinigungsschritt beispielsweise durch Sand- oder Kugelstrahlen entzundert. Nun folgt in einem weiteren Verfahrensschritt ein Fertigkontur- und Lochbeschnitt des fertig geformten und gehärteten Bauteils vorzugsweise mittels Laserschneiden. In einem abschließenden Verfahrensschritt erfolgt eine Stückverzinkung zum Korrosionsschutz. Bei Verwendung von feueraluminierten Blechen entfallen die Prozessschritte Entzunderung und Stückverzinkung.
  • Bei einem weiter allgemein bekannten, sogenannten indirekten Verfahren zur Umformung einer Platine aus einem Vergütungsstahl wird mittels konventioneller Umformverfahren, insbesondere durch mechanisches Tiefziehen und eventuell einem mechanischem Vorbeschneiden aus einer ebenen Platine ein Vorformteil hergestellt, das je nach den Gegebenheiten ca. 80 bis 95 % der Endgeometrie aufweist. Dieses Vorformteil wird in einem Ofen erwärmt und in ein gekühltes Umform-/Vergütungswerkzeug eingelegt. Auch hier ist das gekühlte Umform-Vergütungswerkzeug Bestandteil einer Presse, wobei beim schnellen Schließen des Werkzeugs durch die Presse das heiße Vorformteil durch weitere Umformung auf die Endform gebracht wird. Im geschlossenen Werkzeug wird bei aufgebrachter Schließkraft dann das Bauteil gehärtet. Die sich nun anschließenden Verfahrensschritte Reinigen, Entzundern, Beschneiden und Stückverzinken entsprechen den vorstehend beschriebenen Verfahren und können hier nicht entfallen, da insbesondere auch eine Feueraluminierung bei der hier kalten Vorformung geschädigt werden würde.
  • Nachteilig bei den vorstehenden Verfahren sind die aufwendigen Verfahrensschritte für das Reinigen/Entzundern in Verbindung mit der Entsorgung des Zunders und der aufwendige Beschnitt im gehärteten Bauteilzustand, der regelmäßig über Laserschneiden oder allenfalls mit hochfesten mechanischen Spezialbeschnittwerkzeugen durchzuführen ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Umformung einer Platine aus Vergütungsstahl sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, die zu einer Reduzierung des Verfahrens- und Vorrichtungsaufwands führen.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
  • Im Vergleich zu den eingangs beschriebenen bekannten Umformverfahren wird bereits aus der noch ungehärteten Platine bei Umgebungstemperatur mit konventionellen Umformmaßnahmen ein "weiches" Vorfertigbauteil hergestellt, das hinsichtlich seiner Geometrie einschließlich des Beschnitts bereits dem gehärteten Fertigbauteil entspricht. Gegebenenfalls können bei dieser Formgebung durch die nachfolgenden Verfahrensschritte, insbesondere der Härtung bedingte geringe Form- und Materialveränderungen, z. B. geringe Ausdehnung berücksichtigt werden, indem das Vorfertigbauteil beispielsweise um 1 % kleiner skaliert wird. Damit kann vorteilhaft ein Beschnitt des gehärteten Bauteils entfallen, da alle Formgebungs- und Beschnittmaßnahmen bereits vor der Härtung ausgeführt sind.
  • Da im Vergütungs-/Abkühlwerkzeug keine weitere Umformung oder Nachumformung mehr stattfindet, kann dieses im Vergleich zum Umform-/Vergütungswerkzeug nach dem Stand der Technik gegebenenfalls einfacher ausgeführt sein, da insbesondere keine relativ hohe Umformungsschließkraft einer Presse erforderlich ist.
  • Durch die Verwendung einer Schutzgasatmosphäre für den Bauteiltransfer vom Ofenausgang zum Vergütungs-/Abkühlwerkzeug kann vorteilhaft das Reinigen/Entzundern des Bauteils entfallen.
  • Insgesamt ist damit das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einem Härtungsprozess durch Wegfall von Verfahrensschritten im Vergleich zu den eingangs angegebenen Verfahren des Standes der Technik vereinfacht, was bei gleicher Bauteilqualität zu einer Reduzierung der Herstellkosten der Bauteile führt.
  • Zur Herstellung des "weichen" Vorfertigbauteils können gemäß Anspruch 2 gängige und gut beherrschbare konventionelle Umformverfahren wie mechanische Tiefziehverfahren und Beschnittverfahren unter Einsatz wenigstens einer Presse verwendet werden.
  • Nach Anspruch 3 ist es vorteilhaft, dass der Transfer des heißen Vorfertigbauteils vom Ofen zum Vergütungs-/Abkühlwerkzeug in der Schutzgasatmosphäre automatisiert mittels einer steuerbaren Transportvorrichtung durchgeführt wird.
  • Als Transportvorrichtung ist beispielsweise ein Industrieroboter mit einem Greifarm geeignet.
  • Gemäß Anspruch 4 enthält das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug eine Presseneinrichtung mit unmittelbar oder mittelbar kühlbaren Pressenwerkzeugen. Die Pressenwerkzeugen weisen Anlageflächen auf, die in der Form der Geometrie des im ersten Verfahrensschritte hergestellten weichen Vorfertigbauteils entsprechen. Bei eingelegtem Vorfertigbauteil und geschlossener Presseneinrichtung werden somit (ohne weitere Bauteilumformung) lediglich Kühlanlageflächen zwischen dem Vorfertigbauteil und den Pressenwerkzeugen hergestellt, um einen guten und schnellen Wärmeübergang sicherzustellen. Die Presseneinrichtung braucht hier somit nur die Kraft für den Schließvorgang der Pressenwerkzeuge ohne zusätzliche Umformkraft aufzubringen, so dass das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug im Vergleich zum Stand der Technik relativ einfach und kostengünstig herstellbar und betreibbar ist.
  • Nach Anspruch 5 kann sich in einem weiteren Verfahrensschritt eine Stückverzinkung zum Korrosionsschutz anschließen.
  • Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die eingangs in Verbindung mit dem Verfahren erwähnten Vorteile erzielbar, wobei insbesondere nach Anspruch 7 das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug schließbare und mittelbar oder unmittelbar kühlbare Werkzeuge enthalten soll, die zur Herstellung von Kühlanlageflächen der Geometrie des Fertigbauteils gegebenenfalls mit nur sehr geringen verfahrensablaufbedingten und abgestimmten Abweichungen entsprechen.
  • Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist schematisch der erfindungsgemäße Verfahrensablauf zur Umformung einer Platine 1 aus einem Vergütungsstahl mittels einer Vorrichtung 2 gezeigt. Von dem im aufgerollten Zustand angelieferten Stahl, einem sogenannten Coil 3,wird mittels eines Werkzeugs 4 der Stahl abgerollt, geglättet und die für ein Fertigbauteil 7 notwendige Größe der Platine 1 ausgestanzt bzw. abgeschnitten. Die noch ungehärtete Platine 1 wird in einer Presse 5 bei Umgebungstemperatur mittels mechanischer Krafteinwirkung in ein weiches Vorfertigbauteil 6 umgeformt und zudem beschnitten, so dass bezüglich der Formgebung, dem Konturbeschnitt und möglichen Ausschnitten das Vorfertigbauteil 6 hinsichtlich seiner Geometrie bereits dem gehärteten Fertigbauteil 7 entspricht.
  • Im nächsten Verfahrensschritt wird das weiche Vorfertigbauteil 6 einem Ofen 8 zugeführt und dort unter Schutzgasatmosphäre 9 austenitisiert. Die Schutzgasatmosphäre 9 ist in Fig. 1 lediglich schematisch in Form eines grau hinterlegten Kastens eingezeichnet. Mittels einer steuerbaren Transportvorrichtung 10 wird das aus dem Ofen 8 kommende, noch heiße Vorfertigbauteil 6' einem Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 zugeführt und dort zum Fertigbauteil 7 gehärtet. Das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 enthält eine Presseneinrichtung 12, deren Pressenwerkzeuge Anlageflächen aufweisen, die in der Geometrie dem im ersten Verfahrensschritt hergestellten, weichen Vorfertigbauteil 6 entsprechen. Somit werden bei eingelegten Vorfertigbauteil 6' und geschlossener Presseneinrichtung 12 Kühlanlageflächen hergestellt, so dass das Vorfertigbauteil 6' funktionssicher und gesteuert zur Härtung zum Fertigbauteil 7 abgekühlt werden kann. Zur Kühlung ist das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 mit einer Kühlvorrichtung 13 gekoppelt.
  • Der Bauteiltransfer vom Ausgang des Ofens 8 zum Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 findet in einem Raum mit Schutzgasatmosphäre 9 statt, so dass eine Reinigung bzw. ein Entzundern des Fertigbauteils 7 vorteilhaft entfallen kann. Anschließend kann das gehärtete Fertigbauteil 7 in einem Zinkbad 14 stückverzinkt werden für einen Korrosionsschutz.
  • Insgesamt gesehen können bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren zur Umformung einer Platine 1 aus einem Vergütungsstahl mittels der Vorrichtung 2 für das Fertigformen bzw. Fertigbeschneiden des Vorfertigbauteils 6 mittels der Presse 5 konventionelle Umformmaßnahmen eingesetzt werden, wie z. B. ein mechanisches Tiefziehverfahren. Ein Beschnitt des gehärteten Fertigbauteils 7 ist somit vorteilhaft nicht mehr notwendig, so dass dadurch aufgrund des Wegfalls dieses Beschnittvorgangs eine Reduzierung der Herstellkosten erreicht werden kann. Durch den Einsatz der Schutzgasatmosphäre beim Bauteiltransfer vom Ausgang des Ofens 8 zum Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 ist eine anschließende Reinigung bzw. Entzunderung des Fertigbauteils 7 nicht notwendig, so dass damit ebenfalls die Herstellkosten gesenkt werden können. Da mit dem Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 keine Umformmaßnahmen am Vorfertigbauteil 6 durchgeführt werden, sondern das Vorfertigbauteil 6 zur Abkühlung und Vergütung zum Fertigbauteil 7 nur im Vergütungs-/Abkühlwerkzeug 11 gehalten wird, kann das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug einfacher ausgeführt werden, da keine relativ hohe Umformungsschließkraft, wie bei einer Umformpresse notwendig, erforderlich ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Umformung einer Platine aus einem Vergütungsstahl, mit folgenden Verfahrensschritten:
    - in einem ersten Verfahrensschritt wird aus der noch ungehärteten Platine (1) bei Umgebungstemperatur mittels mechanischer Krafteinwirkung ein weiches Vorfertigbauteil (6) durch Formgebung, Konturbeschnitt und gegebenenfalls Ausschnitte hergestellt, das hinsichtlich seiner Geometrie bereits dem gehärteten Fertigbauteil (7) entspricht,
    - in einem zweiten Verfahrensschritt wird das weiche Vorfertigbauteil (6) einem Ofen (8) zugeführt und unter Schutzgasatmosphäre (9) austenitisiert,
    - in einem dritten Verfahrensschritt wird das austenitisierte Vorfertigbauteil (6') vom Ofen (8) unter Schutzgasatmosphäre (9) einem Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11) zugeführt und dort zum Fertigbauteil (7) gehärtet.
  2. Verfahren zur Umformung einer Platine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des weichen Vorfertigbauteils (6) im ersten Verfahrensschritt konventionelle mechanische Tiefziehverfahren und Beschnittverfahren unter Einsatz wenigstens einer Presse (5) verwendet sind.
  3. Verfahren zur Umformung einer Platine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transfer des heißen Vorfertigbauteils (6') vom Ofen (8) zum Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11) mittels einer steuerbaren Transportvorrichtung (10) erfolgt.
  4. Verfahren zur Umformung einer Platine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11) eine Presseneinrichtung (12) mit unmittelbar oder mittelbar kühlbaren Pressenwerkzeugen enthält, wobei die Pressenwerkzeuge Anlageflächen aufweisen, die in der Form der Geometrie des im ersten Verfährensschritt hergestellten weichen Vorfertigbauteils (6) entsprechen, so dass bei eingelegtem Vorfertigbauteil (6') und geschlossener Presseneinrichtung Kühlanlageflächen hergestellt sind.
  5. Verfahren zur Umformung einer Platine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als vierter Verfahrensschritt ein Stückverzinken (14) des gehärteten Fertigbauteils (7) nachgeordnet ist.
  6. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher
    wenigstens einer Presse (5) zur Herstellung des weichen Vorfertigbauteils (6) ein Ofen (8) nachgeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Ofen (8) eine steuerbare Transportvorrichtung (10) und ein Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11) nachgeordnet sind, wobei das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11), die Transportvorrichtung (10) und wenigstens der Ausgang des Ofens (8) in einem Raum mit Schutzgasatmosphäre (9) aufgenommen sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergütungs-/Abkühlwerkzeug (11) schließbare und unmittelbar oder mittelbar kühlbare Werkzeuge enthält, die zur Herstellung von Kühlanlageflächen der Geometrie des Vorfertigbauteils (6') entsprechen.
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