EP2931453B1

EP2931453B1 - Warmumformvorrichtung und verfahren zum warmumformen

Info

Publication number: EP2931453B1
Application number: EP13811422.8A
Authority: EP
Inventors: Manfred Beck; Michael Braun; Ralf Hund
Original assignee: Braun Manuela
Current assignee: Braun Manuela
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: EP2931453A1; DE102012112334A1; WO2014091014A1

Description

Die Erfindung betrifft Warmumformvorrichtung zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Warmumformen oder/und Presshärten nach dem Gegenstand des Anspruchs 10.
Warmumformvorrichtungen zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken sind bekannt und beispielsweise in der DE 10 2007 047 314 A1 und in der EP 2 233 593 A2 beschrieben. In einer Bearbeitungseinrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen aus Blechzuschnitten, die der Warmumformvorrichtung vor- und nachgeschaltete Stationen umfasst, sollte die Taktzeit der einzelnen Stationen etwa gleich sein, um Pausenzeiten zu vermeiden und damit einen optimalen Werkstückdurchlauf zu erreichen. Warmumformvorrichtungen, in denen Werkstücke ausgebildet werden, die neben pressgehärteten Bereichen auch duktile Bereiche aufweisen sollen, benötigen eine wesentlich höhere Taktzeit als die übrigen Stationen, wenn das Werkstück in dem Werkzeug soweit abkühlt, dass es nach der Entnahme aus dem Werkzeug keinen Verzug mehr erleidet, und bilden so ein "Nadelöhr" im technologischen Ablauf.
Es ist auch möglich, die Taktzeit zu reduzieren, indem die Werkstücke bereits aus dem Werkzeug entnommen werden, sobald das Presshärten abgeschlossen ist. Von Nachteil ist, dass beim weiteren Abkühlen auf Umgebungstemperatur außerhalb des Werkzeugs ein Verzug des Werkstücks eintreten kann, weil es nicht mehr im Werkzeug fixiert ist. Daraus resultiert kostenintensive Nacharbeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken anzugeben, das die genannten Nachteile nicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Bei bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass auch das zweite Werkzeug einen ersten Werkzeugabschnitt aufweist, der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einen zweiten Werkzeugabschnitt aufweist, der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist.
Insbesondere bevorzugte Ausführungen der Warmumformvorrichtung können den Vorteil aufweisen, dass die insgesamt benötigte Taktzeit auf zwei im Wesentlichen identische Werkzeuge aufgeteilt ist, so dass ein höherer Werkstückdurchsatz gegenüber einer Umformstation mit nur einem Werkzeug erreichbar ist. Im Idealfall ist der Werkstückdurchsatz verdoppelt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass wegen der vorgesehenen Abkühlung im Werkzeug kein Verzug eintreten kann. Der Verzug kann bei Abkühlung außerhalb des Werkzeugs insbesondere bei Werkstücken eintreten, die aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, ausgebildet sind oder Bereiche unterschiedlicher Materialdicke aufweisen. Es kann Nacharbeit erforderlich werden, um eine hohe Maßhaltigkeit des Werkstücks zu erreichen. Bei dem in der vorgeschlagenen Vorrichtung behandelten Werkstück tritt kein Verzug auf.
Der erste und der zweite Werkzeugabschnitt müssen nicht zusammenhängend ausgebildet sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein erster Werkzeugabschnitt zwischen zwei zweiten Werkzeugabschnitten angeordnet ist oder umgekehrt. Beispielsweise können durch zweite Werkzeugabschnitte mit duktiler Ausbildung in Werkstücken, die zum Einbau in Kraftfahrzeuge vorgesehen sind, sog. Knautschzonen ausgebildet werden, die Aufprallenergie aufnehmen können.
Es kann vorgesehen sein, dass die Solltemperatur des ersten Werkzeugs in dem ersten Werkzeugabschnitt ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt 300 bis 400 °C ist. Unter der Temperaturangabe "ca. 20 °C" ist hier verstanden, dass es sich um die Umgebungstemperatur des Werkzeugs handelt.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Werkzeugabschnitt des ersten Werkzeugs einstückig ausgebildet sind. In diesem Fall sind die beiden Werkstückabschnitte lediglich durch unterschiedliche Solltemperaturen voneinander abgegrenzt.
In einer alternativen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Werkzeugabschnitt des ersten Werkzeugs durch eine Dehnungsfuge getrennt sind. Mit Hilfe der Dehnungsfuge können Spannungen im Werkzeug vermieden werden, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnung in den beiden Werkzeugabschnitten auftreten können.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt des ersten Werkzeugs ein Ausgleichselement angeordnet ist, das durch Dehnungsfugen von dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt getrennt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das zweite Werkzeug einen ersten Werkzeugabschnitt, der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einen zweiten Werkzeugabschnitt, der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, aufweist. Die beiden Werkzeugabschnitte können analog zu den beiden Werkzeugabschnitten des ersten Werkzeugs abgegrenzt sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Solltemperatur des zweiten Werkzeugs in dem ersten Werkzeugabschnitt ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt 20 bis 200 °C ist. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass die Solltemperatur in dem ersten Werkzeugabschnitt 20 °C ist und in dem zweiten Werkzeugabschnitt 200 °C ist. Die Abkühlzeit des zweiten Werkstückabschnitts, der duktil ausgebildet wird, ist damit noch weiter erhöht und in die Lagerungsphase des aus der Vorrichtung entnommenen Werkstücks verschoben. Unter der Temperaturangabe "ca. 20 °C" ist hier verstanden, dass es sich um die Umgebungstemperatur des Werkzeugs handelt.
Die Umformstationen können zusätzliche Vorrichtungen zur Bearbeitung der Werkstücke umfassen, beispielsweise Vorrichtungen zum Lochen und Beschneiden. Vorzugsweise sind diese Vorrichtungen in den zweiten Werkzeugabschnitten angeordnet, in denen das Werkstück duktil ausgebildet wird und/oder in dem ersten Werkzeugabschnitt des ersten Werkzeugs. Wenn die zusätzlichen Vorrichtungen während des Warmumformens vor dem Presshärten wirken, tritt so kein erhöhter Verschleiß der Schneidelemente der Vorrichtungen ein.
Weiter kann vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Umformstation und der zweiten Umformstation ein Industrieroboter angeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er der ersten Umformstation ein bearbeitetes Werkstück entnimmt und in der zweiten Umformstation zur weiteren Bearbeitung ablegt. Unter dem Begriff "Industrieroboter" sind hier auch Transportvorrichtungen verstanden, die beispielsweise mit taktweise bewegten Greiferbalken oder dergleichen arbeiten.
Zur Steuerung der Warmumformvorrichtung ist erfindungsgemäß eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, wobei die Steuerungseinrichtung Eingänge aufweist, die mit Temperatursensoren verbunden sind, die an den Werkzeugabschnitten der Werkzeuge angeordnet sind, und Ausgänge aufweist, die mit Temperierungseinrichtungen verbunden sind, die mit den Werkzeugabschnitten der Werkzeuge zusammenwirken. Die Steuerungseinrichtung kann weitere Einund Ausgänge aufweisen und beispielsweise auch zur Steuerung weiterer Stationen vorgesehen sein, die der Warmumformvorrichtung vor- und/oder nachgeschaltet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Temperierungseinrichtung einen Kühlkreislauf mit in den Werkzeugabschnitten der Werkzeuge angeordneten Kühlkanälen, einen Wärmetauscher und einen Kühlmittelkompressor umfasst.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiter mit einem Verfahren nach dem Anspruch 10 gelöst.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass die der Abkühlzeit entsprechende Taktzeit, die für das Warmumformen und/oder Presshärten in nur einem Prozessschritt benötigt wird, auf zwei Prozessschritte mit zwei Taktzeiten aufgeteilt wird, die jede für sich kürzer sind als die vorgenannte Taktzeit. Damit wird ein höherer Werkstückdurchsatz erreicht.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, dass wegen der vorgesehenen Abkühlung im Werkzeug kein Verzug eintreten kann. Der Verzug kann bei Abkühlung außerhalb des Werkzeugs insbesondere bei Werkstücken, die aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, ausgebildet sind oder Bereiche unterschiedlicher Materialdicke aufweisen, eintreten und Nacharbeit erfordern, um eine hohe Maßhaltigkeit des Werkstücks zu erreichen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist diese Nacharbeit nicht erforderlich.
Es kann vorgesehen sein, dass die Solltemperatur des ersten Werkzeugs in dem ersten Werkzeugabschnitt auf ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt im Bereich von 300 bis 400 °C eingestellt wird. Unter der Temperaturangabe "ca. 20 °C" ist hier verstanden, dass es sich um die Umgebungstemperatur des Werkzeugs handelt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Solltemperatur des zweiten Werkzeugs in einem ersten Werkzeugabschnitt, der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, auf ca. 20 °C und in einem zweiten Werkzeugabschnitt, der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, im Bereich von ca. 20 bis 200 °C eingestellt wird. Unter der Temperaturangabe "ca. 20 °C" ist hier verstanden, dass es sich um die Umgebungstemperatur des Werkzeugs handelt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die erste Abkühlzeit zur Ausbildung des gehärteten Werkstückabschnitts, und dass die Summe aus erster Abkühlzeit und zweiter Abkühlzeit zur Ausbildung des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist. Die Abkühlzeit des zweiten Werkstückabschnitts ist damit noch weiter erhöht, und es wird die Lagerungsphase des aus der Vorrichtung entnommenen Werkstücks zur vollständigen Abkühlung genutzt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Warmumformvorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Warmumformvorrichtung in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 3: ein schematisches Temperatur-Zeitdiagramm des Prozessschritts "Presshärten";
Fig. 4a: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Warmumformvorrichtung in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 4b: die Warmumformvorrichtung in Fig. 4a am Ende des Prozessschritts "Presshärten";
Fig. 5a: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Warmumformvorrichtung in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 5b: die Warmumformvorrichtung in Fig. 5a am Ende des Prozessschritts "Presshärten";
Fig. 6: ein Blockschaltbild der Warmumformvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Warmumformvorrichtung 1, die für das Warmumformen und/oder Presshärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl mit unterschiedlicher Materialdicke, im Folgenden Werkstück 4 genannt, vorgesehen ist.
Das Werkstück wird zum Warmumformen im Hinblick auf nachfolgendes Presshärten auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt und zwischen einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil eines Umform- und/oder Press-Werkzeugs fixiert und einem Pressdruck ausgesetzt. Das ist das Warmumformen. Danach wird das Werkstück im Werkzeug rasch unter die Austenitisierungstemperatur abgekühlt, das heißt abgeschreckt. Das ist das Presshärten, das auch als Formhärten bezeichnet wird, weil es in einer geschlossenen Werkzeugform stattfindet.
Es kann auch vorgesehen sein, in dem Werkstück außer gehärteten Abschnitten duktile Abschnitte auszubilden. Duktile Abschnitte müssen deutlich langsamer als beim Presshärten vorgesehen, abgekühlt werden, so dass keine Martensitumwandlung erfolgt.
Die Warmumformvorrichtung 1 weist ein rahmenförmiges Gestell 11 auf, in dem eine erste Umformstation 2 mit einem ersten Werkzeug 3 und eine zweite Umformstation 2' mit einem zweiten Werkzeug 3', das mit der Formkontur des ersten Werkzeugs 3 ausgebildet ist, angeordnet sind. Zwischen einem Werkzeugoberteil 31 und einem Werkzeugunterteil 32 ist das Werkstück 4 anordenbar. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkstück 4 um einen plattenförmigen Blechzuschnitt aus einem hochfesten härtbaren Stahl. Das Werkzeugoberteil 31 ist mit einer Kopfplatte 12 starr verbunden. Die Kopfplatte 12 ist mit einem Abtrieb eines an dem Gestell 11 abgestützten Antriebs 13 starr verbunden. Das Werkzeugunterteil 32 ist auf einer auf dem Gestell 11 abgestützten Grundplatte 14 angeordnet und mit dieser starr verbunden. Das Werkzeugoberteil 31 kann als eine Matrize und das Werkzeugunterteil 32 kann als ein Stempel ausgebildet sein oder umgekehrt.
Die Werkzeuge 3 und 3' und somit die Werkzeugoberteile 31 und Werkzeugunterteile 32 weisen einen ersten Werkzeugabschnitt 33, der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einen zweiten Werkzeugabschnitt 34, der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, auf (siehe Fig. 2 bis 4).
Die Werkzeuge 3 und 3' weisen weiter Einrichtungen zur Regulierung der Temperatur der ersten und zweiten Werkzeugabschnitte 33, 34 auf, wie weiter unten in Fig. 6 näher beschrieben. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das Werkzeugoberteil 31 und das Werkzeugunterteil 32 in ihren dem Werkstück 4 zugewandten Pressflächen nahe der Werkzeugoberfläche Kühlkanäle 35 auf, die mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden sind. Die Kühlkanäle 35 sind von einem Kühlmedium durchströmt, das Wärme aus dem Werkstück 4 abführt. Die ersten Werkzeugabschnitte 33 und die zweiten Werkzeugabschnitte 34 der beiden Werkzeuge 3 und 3' weisen getrennte Kühlkreisläufe auf, um unterschiedliche Solltemperaturen einstellen zu können, die der zu erreichenden Sollendtemperatur des Werkstückabschnitts nach Ablauf einer vorgegebenen Taktzeit entsprechen.
Ergänzend zu den Kühlkreisläufen können Heizeinrichtungen vorgesehen sein, um falls erforderlich, kalte Werkzeuge auf eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur vorzuwärmen. Beispielsweise wird das erste Werkzeug 3 im zweiten Werkzeugabschnitt 34 auf 300 bis 400 °C temperiert.
Das Werkstück 4 durchläuft nacheinander eine Erwärmungsstation 8, die erste Umformstation 2 und die zweite Umformstation 2'.
Zwischen den beiden benachbarten Umformstationen 2 und 2' ist ein Industrieroboter 5 angeordnet, der das in der ersten Umformstation 2 bearbeitete Werkstück 4 der ersten Umformstation 2 entnimmt und in der zweiten Umformstation 2' zur weiteren Bearbeitung ablegt.
Weitere Industrieroboter 5 sind zwischen einer Lagerstation 6 für unbearbeitete Werkstücke und der Erwärmungsstation 8, der Erwärmungsstation 8 und der ersten Umformstation 2, sowie der zweiten Umformstation 2' und einer Lagerstation 7 für bearbeitete Werkstücke angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Werkzeugunterteile 32 der der nebeneinander abgeordneten Werkzeuge 3 und 3' mit aufgelegten Werkstücken 4. Die Werkzeuge 3 und 3' weisen, wie weiter oben genannt, jeweils einen ersten und einen zweiten Werkzeugabschnitt 33, 34 auf, die in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet sind. Das zweite Werkzeug 3' ist mit der Formkontur des ersten Werkzeugs 3 ausgebildet, das heißt, das die Innenkontur des zweiten Werkzeugs 3' entspricht der Außenkontur des dem ersten Werkzeug 3 entnommenen Werkstücks 4. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass in dem zweiten Werkzeug 3' das Presshärten des Werkstücks 4 fortsetzbar ist.
Fig. 3 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm, das die in der Warmumformvorrichtung 1 in den beiden Umformstationen 2 und 2' durchgeführten und im folgenden erläuterten Verfahrensschritte verdeutlicht.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Werkstück 4 einem auf der Lagerstation 6 für unbearbeitete Werkstücke ausgebildeten Werkstückstapel entnommen und in der Erwärmungsstation 8 abgelegt.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das in der Erwärmungsstation 8 abgelegte Werkstück 4 auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur seines Stahlwerkstoffs erwärmt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird das erwärmte Werkstück 4 der Erwärmungsstation 8 entnommen und in dem geöffneten Werkzeug 3 der ersten Umformstation 2 abgelegt.
In einem vierten Verfahrensschritt wird das Werkzeug 3 der Umformstation 2 geschlossen und das erwärmte Werkstück 4 warm umgeformt.
In einem fünften Verfahrensschritt wird das umgeformte Werkstück 4 bei geschlossenem Werkzeug 3 teilweise pressgehärtet. Das Werkstück 4 weist in dem zu härtenden Werkstückabschnitt zur Zeit t₁ eine Temperatur T₁₁ auf und in dem duktil auszubildenden Werkstückabschnitt eine Temperatur T₂₁ auf. Die Temperaturen T₁₁ und T₂₁ sind gleich und entsprechen der Temperatur des Werkstücks 4 nach dem Umformen, bei dem eine geringe Abkühlung des Werkstücks 4 eintreten kann. Beispielsweise ist T₁₁ = T₂₁ = ca. 500 °C. Das ist die Temperatur eines Werkstücks nach dem Warmumformen, das vor dem Warmumformen auf ca. 950 °C erwärmt wurde und beim Einlegen des Werkstücks in das Werkzeug noch eine Temperatur von ca. 700 °C aufwies. Das Werkstück 4 wird nun in einem ersten Zeitabschnitt ${Δt}_{1} = t_{2} - t_{1}$
in dem zu härtenden Werkstückabschnitt auf eine Temperatur T₁₂ abgekühlt und in dem duktil auszubildenden Werkstückabschnitt auf eine Temperatur T₂₂ abgekühlt, wobei T₂₂ über der Umwandlungstemperatur von Austenit in Ferrit liegt und T₁₁ unter der Umwandlungstemperatur von Austenit in Ferrit liegt, weil die Solltemperatur des ersten Werkzeugabschnitts 33 zu etwa 20 °C gewählt ist, und die Solltemperatur des zweiten Werkzeugabschnitts 34 im Bereich von 300 bis 400 °C gewählt ist. Die Temperaturangabe "ca. 20 °C" steht für die Umgebungstemperatur. Es ist also nicht vorgesehen oder erforderlich, eine Solltemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur zu wählen.
Beispielsweise ist die Dauer des Zeitabschnitts Δt₁ ca. 10s, wobei zur Zeit t₂ die Temperatur T₁₂ des Werkstücks 4 in dem zu härtenden Werkstückabschnitt im Bereich von 60 bis 150 °C und die Temperatur T₂₂ des Werkstücks 4 in dem duktil auszubildenden Werkstückabschnitt im Bereich von 400 bis 500 °C ist.
In einem sechsten Verfahrensschritt wird das erste Werkzeug 3 geöffnet und das teilgehärtete Werkstück 4 wird durch den Industrieroboter 5 entnommen und in dem geöffneten zweiten Werkzeug 3' abgelegt. In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ist vereinfachend angenommen, dass in einem für die Übergabe vorgesehenen zweiten Zeitabschnitt ${Δt}_{2} = t_{3} - t_{2}$
keine weitere Abkühlung des Werkstücks 4 eintritt.
In einem siebenten Verfahrensschritt wird das teilgehärtete Werkstück 4 bei geschlossenem Werkzeug 3' fertig gehärtet. Das Werkstück 4 weist in dem zu härtenden Werkstückabschnitt zur Zeit t₃ die Temperatur T₁₂ auf und in dem duktil auszubildenden Werkstückabschnitt die Temperatur T₂₂ auf. Beide Werkstückabschnitte werden nun in einem dritten Zeitabschnitt ${Δt}_{3} = t_{4} - t_{3}$
auf eine Temperatur T₁₃ bzw. T₂₃ abgekühlt, die vorzugsweise. Die Solltemperatur des zweiten Werkzeugs 3' ist in dem ersten Werkzeugabschnitt 33 und in dem zweiten Werkzeugabschnitt 34 im Bereich von 20 bis 200 °C.
Beispielsweise ist die Dauer des Zeitabschnitts Δt₂ ca. 10s, wobei zur Zeit t₄ die Temperatur T₁₂ des Werkstücks 4 in dem zu härtenden Werkstückabschnitt sowie in dem duktil auszubildenden Werkstückabschnitt etwa die Umgebungstemperatur ist.
In einem siebenten Verfahrensschritt wird das zweite Werkzeug 3' geöffnet und das fertig gehärtete Werkstück 4 wird durch den Industrieroboter 5 entnommen und in der Lagerstation 7 für bearbeitete Werkstücke abgelegt.
Durch die Verteilung des Verfahrensschritts Presshärten auf zwei Umformstationen ist gegenüber nur einer Umformstation ein erhöhter Durchsatz an Werkstücken möglich, weil nun die Taktzeiten der einzelnen Stationen im Idealfall angeglichen sind. Der für die langsame Abkühlung des duktilen Werkstückabschnitts zur Verfügung stehende Zeitabschnitt ist die Summe $S = {Δt}_{1} + {Δt}_{3}$
des ersten und des dritten Zeitabschnitts. Vorteilhafterweise sind der erste Zeitabschnitt Δt₁ und der dritte Zeitabschnitt Δt₃ gleich, wie vorstehend in dem Beispiel beschrieben. Da die in der Lagerstation 7 abgelegten Werkstücke 4 bereits abgekühlt sind, tritt kein Verzug mehr auf.
Die Fig. 4a und 4b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Warmumformvorrichtung, die wie die in Fig. 3 beschriebene Warmumformvorrichtung ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass der erste und der zweite Werkzeugabschnitt 33, 34 des ersten Werkzeugs 3 durch eine Dehnungsfuge 3d getrennt sind. Die Dehnungsfuge 3d verhindert Wärmespannungen in dem ersten Werkzeug 3, die durch die unterschiedliche Temperatur des ersten und des zweiten Werkzeugabschnitts 33, 34 auftreten können.
Fig. 4a zeigt die Warmumformvorrichtung 1 zu dem Zeitpunkt, bei dem der erste Werkzeugabschnitt 33 des ersten Werkzeugs 3 eine Temperatur von ca. 20 °C aufweist und der zweite Werkzeugabschnitt 34 eine Temperatur im Bereich von 300 bis 400 °C aufweist. Die Dehnungsfuge 3d zwischen dem ersten Werkzeugabschnitt 33 und dem zweiten Werkzeugabschnitt 34 weist eine minimale Breite auf, die vorzugsweise 0 mm ist.
Fig. 4b zeigt die Warmumformvorrichtung 1 zu dem Zeitpunkt, bei dem der erste Werkzeugabschnitt 33 und der zweite Werkzeugabschnitt 34 des ersten Werkzeugs 3 auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind. Die Dehnungsfuge 3d weist eine maximale Breite auf, weil der zweite Werkzeugabschnitt 34 von 300 bis 400 °C auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist und daher eine verkürzte Länge aufweist.
Die Fig. 5a und 5b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer Warmumformvorrichtung, die wie die in Fig. 4 beschriebene Warmumformvorrichtung ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt 33, 34 des ersten Werkzeugs 3 ein Ausgleichselement 3a angeordnet ist. Das Ausgleichselement 3a liegt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem ersten Werkzeugabschnitt 33 an, so dass die beiden Dehnungsfugen 3d eine unterschiedliche Breite aufweisen.
Die Umformstationen 2 und 2' können zusätzliche Vorrichtungen zur Bearbeitung der Werkstücke 4 umfassen, beispielsweise Vorrichtungen zum Lochen und Beschneiden. Vorzugsweise sind diese Vorrichtungen in den zweiten Werkzeugabschnitten 34 angeordnet, in denen das Werkstück 4 duktil ausgebildet wird und/oder in dem ersten Werkzeugabschnitt 33 des ersten Werkzeugs 3, so dass kein erhöhter Verschleiß infolge hoher Härte eintritt.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der Warmumformvorrichtung 1, das die Funktionsweise der Warmumformvorrichtung verdeutlicht.
Zur Steuerung der Warmumformvorrichtung 1 ist eine Steuerungseinrichtung 9 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 9 weist Eingänge auf, die mit Temperatursensoren 9s verbunden sind, wobei die Temperatursensoren 9s an den ersten und zweiten Werkzeugabschnitten 33, 34 des ersten Werkzeugs 3 und des zweiten Werkzeugs 3' angeordnet sind. Die Steuerungseinrichtung 9 weist Ausgänge auf, die mit Steuerungseingängen von Temperierungseinrichtungen 10 verbunden sind, die beispielsweise als Kühlkreisläufe mit Wärmetauscher und Kompressorpumpe ausgebildet sein können, wobei wie in Fig. 1 dargestellt, die Werkzeuge 3, 3' durchgreifende Kühlkanäle 35 Abschnitte der Kühlkreisläufe bilden.
Mindestens ein weiterer Ausgang der Steuerungseinrichtung 9 ist mit dem zwischen den beiden Umformstationen 2 und 2' angeordneten Roboter 5 verbunden, der die Werkstücke 4 von der ersten Umformstation 2 in die zweite Umformstation 2' transportiert.
Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung 9 weitere Eingänge und Ausgänge besitzen, um die in Fig. 1 dargestellten Lagerstation 6 und 7, die Erwärmungsstation 8 und die zugeordneten weiteren Roboter 5 anzusteuern und den in Fig. 3 beschriebenen Prozessablauf zu koordinieren. Vorzugsweise ist eine computergestützte Steuerungseinrichtung 9 vorgesehen, in der der Prozessablauf in einer Steuerungssoftware abgelegt ist.

Bezugszeichenliste

1: Warmumformvorrichtung
2: erste Umformstation
2': zweite Umformstation
3: erstes Werkzeug
3a: Ausgleichselement
3d: Dehnungsfuge
3': zweites Werkzeug
4: Werkstück
5: Industrieroboter
6: Lagerstation für unbearbeitete Werkstücke
7: Lagerstation für bearbeitete Werkstücke
8: Erwärmungsstation
9: Steuerungseinrichtung
9s: Temperatursensor
10: Temperierungseinrichtung
11: Gestell
12: Kopfplatte
13: Antrieb der Kopfplatte
14: Grundplatte
31: Werkzeugoberteil
32: Werkzeugunterteil
33: erster Werkzeugabschnitt
34: zweiter Werkzeugabschnitt
35: Kühlkanal

Claims

Warmumformvorrichtung (1) zum Warmumformen und/oder Presshärten von Werkstücken (4), vorzugsweise aus Stahlblech, die nach dem Presshärten einen gehärteten Werkstückabschnitt und einen duktilen Werkstückabschnitt aufweisen,
wobei vorgesehen ist,
dass die Warmumformvorrichtung (1) eine erste Umformstation (2) mit einem ersten Werkzeug (3) und eine hinter der ersten Umformstation (2) angeordnete zweite Umformstation (2') mit einem zweiten Werkzeug (3') umfasst, wobei das zweite Werkzeug (3') mit der Formkontur des ersten Werkzeugs (3) ausgebildet ist,
dass mindestens das erste Werkzeug (3) einen ersten Werkzeugabschnitt (33), der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einen zweiten Werkzeugabschnitt (34), der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, aufweist, und
dass die Werkzeuge (3, 3') Temperierungseinrichtungen (10) zur Einstellung der Temperaturen umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Warmumformvorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung (9) vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung (9) Eingänge aufweist, die mit Temperatursensoren (9s) verbunden sind, die an den Werkzeugabschnitten (33, 34) der Werkzeuge (3, 3') angeordnet sind, und Ausgänge aufweist, die mit Temperierungseinrichtungen (10) verbunden sind, die mit den Werkzeugabschnitten (33, 34) der Werkzeuge (3, 3') zusammenwirken.
Warmumformvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solltemperatur des ersten Werkzeugs (3) in dem ersten Werkzeugabschnitt (33) ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt (34) 300 bis 400 °C ist.
Warmumformvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Werkzeugabschnitt (33, 34) des ersten Werkzeugs (3) einstückig ausgebildet sind.
Warmumformvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Werkzeugabschnitt (33, 34) des ersten Werkzeugs (3) durch eine Dehnungsfuge (3d) getrennt sind.
Warmumformvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt (33, 34) des ersten Werkzeugs (3) ein Ausgleichselement (3a) angeordnet ist, das durch Dehnungsfugen (3d) von dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt (33, 34) getrennt ist.
Warmumformvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Werkzeug (3') einen ersten Werkzeugabschnitt (33), der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einen zweiten Werkzeugabschnitt (34), der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, aufweist,
Warmumformvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solltemperatur des zweiten Werkzeugs (3') in dem ersten Werkzeugabschnitt (33) ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt (34) 20 bis 200 °C ist.
Warmumformvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der ersten Umformstation (2) und der zweiten Umformstation (2') ein Industrieroboter (5) angeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er der ersten Umformstation (2) ein bearbeitetes Werkstück (4) entnimmt und in der zweiten Umformstation (2') zur weiteren Bearbeitung ablegt.
Warmumformvorrichtung nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierungseinrichtung (10) einen Kühlkreislauf mit in den Werkzeugabschnitten (33, 34) der Werkzeuge (3, 3') angeordneten Kühlkanälen (35), einen Wärmetauscher und einen Kühlmittelkompressor umfasst.
Verfahren zum Warmumformen und/oder Presshärten von Werkstücken (4), vorzugsweise aus Stahlblech, umfassend die Prozessschritte Warmumformen und/oder Presshärten, wobei die Werkstücke (4) nach dem Presshärten einen gehärteten Werkstückabschnitt und einen duktilen Werkstückabschnitt aufweisen,
wobei vorgesehen ist,
dass der Prozessschritt Presshärten in zwei zeitlich aufeinander folgenden Teilschritten durchgeführt wird, wobei ein erster Teilschritt mit einer ersten Abkühlzeit Δt₁ in einem ersten Werkzeug (3) mit einem ersten Werkzeugabschnitt (33), der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, und einem zweiten Werkzeugabschnitt (34), der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, durchgeführt wird,
und ein zweiter Teilschritt mit einer zweiten Abkühlzeit Δt₃ in einem zweiten Werkzeug (3') durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet dass zur Steuerung der Warmumformvorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung (9) verwendet wird, wobei die Steuerungseinrichtung (9) Eingänge aufweist, die mit Temperatursensoren (9s) verbunden sind, die an den Werkzeugabschnitten (33, 34) der Werkzeuge (3, 3') angeordnet sind, und Ausgänge aufweist, die mit Temperierungseinrichtungen (10) verbunden sind, die mit den Werkzeugabschnitten (33, 34) der Werkzeuge (3, 3') zusammenwirken,
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solltemperatur des ersten Werkzeugs (3) in dem ersten Werkzeugabschnitt (33) auf ca. 20 °C und in dem zweiten Werkzeugabschnitt (34) im Bereich von 300 bis 400 °C eingestellt wird,
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solltemperatur des zweiten Werkzeugs (3') in einem ersten Werkzeugabschnitt (33), der zum Ausbilden des gehärteten Werkstückabschnitts vorgesehen ist, auf ca. 20 °C und in einem zweiten Werkzeugabschnitt (34), der zum Ausbilden des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist, im Bereich von ca. 20 bis 200 °C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Abkühlzeit Δt₁ zur Ausbildung des gehärteten Werkstückabschnitts, und
dass die Summe aus erster Abkühlzeit Δt₁ und zweiter Abkühlzeit Δt₃ zur Ausbildung des duktilen Werkstückabschnitts vorgesehen ist.