WO2010048951A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperierung eines stahlblechkörpers - Google Patents

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WO2010048951A1
WO2010048951A1 PCT/DE2009/075064 DE2009075064W WO2010048951A1 WO 2010048951 A1 WO2010048951 A1 WO 2010048951A1 DE 2009075064 W DE2009075064 W DE 2009075064W WO 2010048951 A1 WO2010048951 A1 WO 2010048951A1
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WO
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steel sheet
contact
sheet body
contact plate
temperature
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PCT/DE2009/075064
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French (fr)
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Andrey Prihodovsky
Vasily Ploshikhin
Jürgen Kaiser
Udo Bach
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Neue Materialien Bayreuth Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • 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
    • C21D1/34—Methods of heating

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for tempering a steel sheet body.
  • metal sheets or sheet metal parts made of high-strength steel alloys are used, for example, in automobile bodies, which allow for the same strength a design with lower sheet thickness.
  • high strength sheets sometimes do not have sufficient deformability on cold forming. Therefore, for forming workpieces made of high-strength metal sheets forming processes at elevated temperatures, ie hot forming processes, such as the so-called press hardening used.
  • the sheet metal plates to be reshaped are completely austenitized by heating to a temperature above A C 3 (so-called austenitization) and then placed in a pressing tool, formed (so-called hot forming) and cooled and hardened in the tool (so-called direct press hardening).
  • roller pass furnaces are used to heat the sheet steel body during austenitizing.
  • the steel sheet body is placed in the oven and heated relatively slowly during the passage through the roller conveyor.
  • the residence time of the steel sheet body within the furnace is typically about 5 to 10 minutes.
  • the steel sheet body After the steel sheet body has passed through the oven or was heated by other heating methods, this is immediately inserted into a pressing tool. Then the forming phase of the process is initiated, with the two halves of the tool being closed. By contact with the usually water-cooled tool comes during the rapid cooling of the steel sheet body. The mold halves must be closed before the steel sheet body cools down to the temperature of the martensitic microstructure transformation (about 400 ° C.). After this forming step is completed, the formed component remains in the mold and is further quenched, thereby completing the induced martensitic microstructure transformation and achieving the final properties of the component. The transport between the furnace and the pressing tool represents a fault-prone process step.
  • the temperature of the sheet material only limited control and control because the temporal and thermal conditions during the transfer of the steel sheet body from the furnace into a subsequent forming tool not accurate defined and safely reproduced. This can lead to uncontrollable changes in the properties of the sheet material and thus the Umform s.
  • Sheet material in the tool to a temperature that allows the demolding, a relatively long period of time is necessary.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for tempering at least one steel sheet body between austenitizing and hot working.
  • the wear of the tools should be reduced by the smaller temperature gradients and less shrinkage of the steel sheet body in the tool.
  • shortening the cycle times of the press should be achieved by reducing the cooling time in the mold.
  • This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
  • Advantageous embodiments of the method are realized in the subclaims 2-8.
  • the object is achieved by the features of claim 9.
  • Advantageous embodiments of the method are realized in the subclaims 10-14.
  • the steel sheet body located at austenitizing temperature is fixed in position, at least one first contact plate is brought into contact with at least one first surface portion of the steel sheet body and at least one second contact plate with at least one second Surface portion of the steel sheet body brought into contact.
  • Contact plates are flat substantially or completely formed according to the contour of the surface portions of the sheet steel body and arranged in the state of contact with the sheet steel body substantially parallel to each other. At least one contact plate has during the contacting of the steel sheet body with respect to the steel sheet body lower temperature.
  • a sheet steel body here are both single substantially planar-shaped sheets and steel blanks, as well as three-dimensionally shaped sheet metal body made of steel and also components that are composed of several such sheets understood.
  • the austenitizing temperature is understood to mean the temperature above A C3 at which the steel sheet body was austenitized. -A-
  • the method according to the invention can be used variably.
  • the temperature which the contact plate has or on which the steel sheet body is brought, as well as the period of time for which the contact between contact plates and steel sheet body, can be chosen almost arbitrarily.
  • the contact between sheet steel body and contact plates may be formed such that the contact plates and the sheet steel body touch directly. However, it may also be an intermediate layer, such as a contact agent, which improves the temperature balance between the contact plate and sheet steel body, be present.
  • the area associated with the contact plates surface portions can both extend over large parts of the sheet steel body or completely cover this and form only small, localized areas of the sheet steel body. If only locally limited areas are connected to the contact plates, a local thermal treatment of the steel sheet body can be carried out.
  • a sheet metal plate made of a steel having the composition 22MnB5 and having an AISiI O coating as steel sheet body, which is at austenitizing temperature is fixed between a first contact plate and a second contact plate.
  • the contact plates have a temperature between 400 0 C and 600 0 C.
  • At least one contact plate can during the contacting a
  • Temperature between 300 ° C and 800 0 C, preferably between 400 0C and 600 0 C, possess.
  • the contact plates can be pressed onto the sheet steel body. This has the advantage that a contact between contact plates and metal body is ensured particularly secure. In addition, thereby minimizing the delays is particularly effective possible.
  • the temperature of the at least one contact plate with higher temperature before and / or during the contacting of the Steel sheet body are controlled by the contact plates by a temperature control device.
  • Temperature control device to be controlled.
  • the temperature can be controlled in at least a portion of the at least one contact plate with a higher temperature before and / or during the contacting of the steel sheet body with the contact plates by a temperature control device.
  • the steel sheet body may be a protective layer, in particular an aluminum
  • Si protective layer or a zinc protective layer Si protective layer or a zinc protective layer.
  • high-strength, galvanized sheets and sheet metal parts can be used from the body shop.
  • the contact between metal body and contact plate prevents the damage or destruction of the
  • the device according to the invention is designed to carry out the method according to the invention and has a first surface formed contact plate, a second flat contact plate, which is arranged substantially parallel to the first contact plate, at least one heat source, which is in communication with at least one of the contact plates, and a closing device for varying the distance of the mutually parallel contact plates.
  • the device may have a temperature control device and / or a temperature control device.
  • the contact plates can be made of a metal and / or ceramic.
  • the at least one heat source can be integrated in a contact plate.
  • the at least one heat source can be inductive or conductive
  • At least one contact plate may have cooling channels.
  • the contact plates can both be made of the same material as well as of different materials.
  • contact plates that are heated made of a metallic material, such as steel.
  • Contact plates that are not heated may preferably be made of both metallic and non-metallic materials.
  • contact plates that are not heated made of an insulating material. This has the advantage that the heat loss is reduced.
  • the contact plates may have an insulating layer. Also, the heat loss can be reduced thereby.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of another embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 3a is a schematic sectional view of a first
  • Fig. 3b is a schematic sectional view of a second
  • Fig. 3c is a schematic sectional view of a third method step for an application of the contact plates.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of the method according to the invention.
  • the steel sheet body 1 has been brought by the displacement of the first contact plate 2 by means of the closing device 11 in the direction 4 with the first contact plate 2 in contact.
  • a first surface portion 6 of the sheet steel body 1 is in communication with the first contact plate 2.
  • the first surface section 6 lies on the upper side of the sheet metal and the second surface section 7 is located on the underside of the sheet metal.
  • the first surface section 6 and the second surface section 7 correspond to a subregion of the upper or lower side of the flat steel sheet body 1.
  • embodiments are also possible in which the first surface section 6 and the second surface section, respectively 7 of the entire bottom or the entire top of a flat sheet steel body 1 correspond.
  • the contact plates 2, 3 are formed flat in accordance with the contour of the surface sections 6, 7 of the steel sheet body 1 and are arranged running parallel to one another in the state of contacting with the metal body 1.
  • the contact plate 2 is varied in its distance from the contact plate 3 by the closing device 11. As a result, the moving apart and moving together of the contact plates 2.3 and thus the contacting of a steel sheet body 1 introduced between these is possible.
  • the contacting can be designed such that the first contact plate 2 and the second contact plate 3 simultaneously with the steel sheet body 1 in
  • a contact plate. 2 be brought into contact with the sheet steel body 1 and only later, a second contact plate 3 added.
  • the second contact plate 3 is or was brought by an energy source 5 to a relative to the steel sheet body 1 lowered temperature.
  • the contact plate 3 is brought to a temperature which is above room temperature but below the austenitizing temperature.
  • Energy source 5 is understood below to mean any device that can be used to heat objects.
  • a cooling device This can either be mounted in the immediate vicinity of one or both of the contact plates 2, 3 or integrated in them.
  • 2.3 cooling channels can be introduced into one or both contact plates. This allows the passage of liquid or gaseous coolants through the contact plates 2,3, resulting in a particularly accurate cooling.
  • the cooling device can thus regulate the temperature of the contact plates 2.3 particularly precisely.
  • the contact plates 2, 3 are arranged running parallel to one another.
  • the second contact plate 3 has an insulation layer 8. By this insulating layer 8, the heat or cooling loss can be reduced.
  • the temperature of the steel sheet body 1 can be kept constant. However, it is also possible to vary the temperature of the steel sheet body 1 in the course of contacting by the defined change in the temperatures of the contact plates 2.3. Thus, a very variable adaptation of the temperature-time curve is possible.
  • the temperature profile along a contact plate 2, 3 can be designed such that an almost constant temperature is established over the entire contact plate 2, 3.
  • the contact plate 2, 3 can also be heated or cooled in such a way that regions with different temperatures form within the contact plate 2, 3.
  • the first surface portion 6 brought into contact with the contact plates 2, 3 and the second surface portion 7 of the sheet steel body 1 may be the same size. However, they can also have different sizes (not shown).
  • a temperature control device 9 and a temperature control device 10 may be attached on the contact plate 2. Furthermore, a temperature sensor element (not shown) may also be attached. This allows the measurement of the temperature of the steel sheet body 1 and / or the contact plates 2,3. The temperature measured in this way can serve, for example, as an input variable for the temperature control device 9 and / or the temperature control device 10, which controls and / or regulates or controls the temperature-time profile of the thermal treatment.
  • the temperature control device 9 can in this case control both the energy source 5 and the cooling device and thus ensure a particularly accurate temperature control of the contact plates 2.3 and thus the sheet steel body 1.
  • the method can also be configured such that a plurality of steel sheet bodies 1 are simultaneously brought into contact with at least one first and / or one at least one second contact plate simultaneously.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of another embodiment of the method according to the invention.
  • the steel sheet body 1 was brought by moving the first contact plate 2 with this and a second contact plate 3 in contact.
  • the displacement of the two contact plates 2, 3 arranged parallel to one another takes place through the closing device 11.
  • the first contact plate 2 is or has been brought to a temperature reduced relative to the steel sheet body by an energy source 5 and a cooling device (not shown).
  • the second contact plate 3 is or was brought by a further energy source 5 and a further cooling device (not shown) to a relative to the steel sheet body elevated temperature.
  • the first contact plate 2 and the second contact plate 3 can be brought by the energy sources 5 and the cooling devices both to the same temperature and to different temperatures.
  • 3a shows a schematic sectional view of a first method step for tempering the contact plates.
  • the first contact plate 2 and the second contact plate 3 are brought into mutual contact with each other before contacting with the steel sheet body.
  • the second contact plate 3 is heated by the power source 5 to a temperature which is above room temperature and below the Austenitmaschinestemperatur.
  • the temperature is subsequently transferred to the first contact plate 2 which is in contact with the second contact plate 3.
  • 3b shows a schematic sectional view of a second method step for an application of the contact plates, which follows the method step shown in FIG. 3a.
  • the first contact plate 2 and the second contact plate 3 are separated from each other.
  • the steel sheet body 1 located at austenizing temperature is introduced between the separate contact plates 2, 3.
  • 3c shows a schematic sectional view of a third method step for an application of the contact plates 2 and 3, which adjoins the method step illustrated in FIG. 3b.
  • both the first contact plate 2 and the second contact plate 2 have a relation to the steel sheet body 1 lowered temperature.
  • Sheet steel body First contact plate Second contact plate Direction of energy source First surface section Second surface section Insulation layer Temperature control device Temperature control device Closing device

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Temperierung mindestens eines Stahlblechkörpers zwischen der Austenitisierung und dem Warmumformen, wobei der sich auf Austenitisierungstemperatur befindende Stahlblechkörper (1) in seiner Lage fixiert wird, mindestens eine erste Kontaktplatte (2) mit mindestens einem ersten Flächenabschnitt (6) des Stahlblechkörpers (1) in Kontakt gebracht wird, mindestens eine zweite Kontaktplatte (3) mit mindestens einem zweiten Flächenabschnitt (7) des Stahlblechkörpers (1) in Kontakt gebracht wird, die Kontaktplatten (2, 3) flächig im wesentlichen oder vollständig entsprechend der Kontur der Flächenabschnitte (6,7) des Stahlblechkörpers (1) ausgebildet sind und im Zustand der Kontaktierung mit dem Stahlblechkörper (1) im wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und mindestens eine Kontaktplatte (2, 3) während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers (1) eine gegenüber dem Stahlblechkörper (1) niedrigere Temperatur besitzt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung eines Stahlblechkörpers
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Stahlblechkörpers.
Zur Gewichtsreduzierung werden beispielsweise in Automobilkarosserien Metallbleche bzw. Blechformteile aus hochfesten Stahllegierungen eingesetzt, die bei gleicher Festigkeit eine Auslegung mit geringerer Blechdicke ermöglichen. Hochfeste Bleche weisen jedoch bisweilen bei einer Kaltumformung kein ausreichendes Formänderungsvermögen auf. Daher werden zur Umformung von Werkstücken aus hochfesten Metallblechen Umformprozesse bei erhöhten Temperaturen, d.h. Warmumformprozesse, wie das sogenannte Presshärten, eingesetzt. Hierbei werden die umzuformenden Blechplatinen durch Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb AC3 vollständig austenitisiert (sog. Austenitisierung) und anschließend in ein Presswerkzeug eingelegt, umgeformt (sog. Warmumfor- men) und im Werkzeug abgekühlt und gehärtet (sog. direktes Presshärten).
In der industriellen Produktionspraxis kommen zur Erwärmung des Stahlblechkörpers während des Austenitisierens Rollendurchlauföfen zum Einsatz. Dabei wird der Stahlblechkörper in den Ofen gegeben und während des Durchlaufs durch den Rollendurchlaufofen relativ langsam aufgeheizt. Die Verweildauer des Stahlblechkörpers innerhalb des Ofens beträgt typischerweise ca. 5 bis 10 Minuten.
Nachdem der Stahlblechkörper den Ofen durchlaufen hat bzw. durch andere Wärmeverfahren erhitzt wurde, wird diese umgehend in ein Presswerkzeug eingelegt. Dann wird die Umformphase des Prozesses eingeleitet, wobei die beiden Hälften des Werkzeugs geschlossen werden. Durch den Kontakt mit dem in der Regel wassergekühlten Werkzeug kommt es während der Umformung zur schnellen Abkühlung des Stahlblechkörpers. Die Schließung der Werkzeughälften muss vor der Abkühlung des Stahlblechkörpers auf die Temperatur der martensitischen Gefügeumwandlung (ca. 400 0C) erfolgen. Nachdem dieser Umformschritt abgeschlossen ist, bleibt das umgeformte Bauteil im Werkzeug liegen und wird weiter abgeschreckt, wodurch die induzierte martensitische Gefügeumwandlung abgeschlossen und die Endeigenschaften des Bauteils erreicht werden. Der Transport zwischen dem Ofen und dem Presswerkzeug stellt einen fehlerträchtigen Prozessschritt dar. So lässt sich während des Transports die Temperatur des Blechwerkstoffs nur bedingt steuern und kontrollieren, da die zeitlichen und thermischen Rahmenbedingungen bei der Übergabe des Stahlblechkörpers vom Ofen in ein nachfolgendes Umform Werkzeug nicht genau definiert und sicher reproduziert werden können. Dies kann zu unkontrollierbaren Änderungen der Eigenschaften des Blechwerkstoffs und damit des Umformverhaltens führen.
Auch besitzen die Blechwerkstoffe, wenn sie aus dem Ofen kommen, eine relativ hohe Temperatur. Dies führt zum einen zu einem erhöhten Verschleiß am Umformwerkzeug. Zum anderen erhöhen sich die für die Warmumformung benötigten Taktzeiten, da für die Abkühlung des
Blechwerkstoffes im Werkzeug auf eine Temperatur, die das Entformen zulässt, eine relativ lange Zeitspanne nötig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperierung mindestens eines Stahlblechkörpers zwischen der Austenitisierung und dem Warmumformen bereitzustellen. Insbesondere soll dabei einerseits der Verschleiß der Werkzeuge durch die kleineren Temperaturgradienten und geringere Schrumpfung des Stahlblechkörpers im Werkzeug reduziert werden. Anderseits soll durch die Verringerung der Abkühlzeit im Werkzeug eine Verkürzung der Taktzeiten der Presse erreicht werden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 realisiert. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2 - 8 realisiert. Für die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 10 - 14 realisiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Temperierung mindestens eines Stahlblechkörpers zwischen der Austenitisierung und dem Warmumformen wird der sich auf Austenitisierungstemperatur befindende Stahlblechkörper in seiner Lage fixiert, mindestens eine erste Kontaktplatte mit mindestens einem ersten Flächenabschnitt des Stahlblechkörpers in Kontakt gebracht und mindestens eine zweite Kontaktplatte mit mindestens einem zweiten Flächenabschnitt des Stahlblechkörpers in Kontakt gebracht. Die
Kontaktplatten sind flächig im wesentlichen oder vollständig entsprechend der Kontur der Flächenabschnitte des Stahlblechkörpers ausgebildet und im Zustand der Kontaktierung mit dem Stahlblechkörper im wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet. Mindestens eine Kontaktplatte besitzt während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers eine gegenüber dem Stahlblechkörper niedrigere Temperatur.
Unter einem Stahlblechkörper werden hierbei sowohl einzelne im wesentlichen planar geformte Bleche und Blechplatinen aus Stahl, als auch dreidimensional geformte Blechform körper aus Stahl und auch Bauteile, die aus mehreren derartiger Bleche aufgebaut sind, verstanden.
Unter der Austenitisierungstemperatur wird diejenige oberhalb von AC3 liegende Temperatur verstanden, bei der der Stahlblechkörper austenitisiert wurde. -A-
Durch den Kontakt der Kontaktplatten mit dem Stahlblechkörper wird eine schnelle Temperierung, d.h. eine Abkühlung von der Austenitisierungstemperatur auf eine niedrigere Temperatur, erreicht. Wird der Stahlblechkörper anschließend in einem Warmumformprozess umgeformt, so erfolgt diese Umformung zeitlich nach dem erfindungsgemäßen Temperierverfahren. Dadurch wird die Wärmebelastung der Umformwerkzeuge verringert und die Taktzeiten verringert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, eine genau definierte Temperatur in die Bereiche des Stahlblechkörpers, die mit den
Kontaktflächen in Verbindung stehen, einzubringen. Dadurch können die sich durch die Temperierung einstellenden Werkstoffeigenschaften sehr exakt und homogen eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist variabel einsetzbar. Insbesondere können die Temperatur, die die Kontaktplatte besitzt bzw. auf die der Stahlblechkörper gebracht wird, sowie die Zeitspanne, für die die Kontaktierung zwischen Kontaktplatten und Stahlblechkörper besteht, nahezu beliebig gewählt werden. So ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren variabel an die gewünschten Parameter der Temperierung sowie an den zu behandelnden Werkstoff anzupassen.
Der Kontakt zwischen Stahlblechkörper und Kontaktplatten kann derart ausgebildet sein, dass sich die Kontaktplatten und der Stahlblechkörper direkt berühren. Es kann allerdings auch eine Zwischenschicht, wie etwa ein Kontaktmittel, das den Temperaturausgleich zwischen Kontaktplatte und Stahlblechkörper verbessert, vorhanden sein.
Es kann sowohl nur ein Stahlblechkörper als auch mehrere Stahlblechkörper gleichzeitig zwischen den Kontaktplatten erfasst werden. Die mit den Kontaktplatten in Verbindung stehenden Flächenabschnitte können sich sowohl über weite Teile des Stahlblechkörpers erstrecken bzw. diesen vollkommen bedecken als auch nur kleine, lokal begrenzte Bereiche des Stahlblechkörpers bilden. Stehen nur lokal begrenzte Bereiche mit den Kontaktplatten in Verbindung kann dadurch eine lokale thermische Behandlung des Stahlblechkörpers durchgeführt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine sich auf Austenitisierungstemperatur befindende flach ausgebildete Blechplatine aus einem Stahl der Zusammensetzung 22MnB5 mit einer AISiI O-Beschichtung als Stahlblechkörper zwischen einer ersten Kontaktplatte und einer zweiten Kontaktplatte fixiert. Die Kontaktplatten weisen eine Temperatur zwischen 4000C und 6000C auf. Nachdem der Stahlblechkörper durch die Kontaktplatten für eine Zeitspanne von beispielsweise 10 s bis 120 s kontaktiert wurde, wird er in ein Umformwerkzeug gegeben und warmumgeformt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens können folgende zusätzliche Merkmale aufweisen: - Mindestens eine Kontaktplatte kann während der Kontaktierung eine
Temperatur zwischen 300 °C und 800 0C, vorzugsweise zwischen 400 0C und 600 0C, besitzen.
- Die Kontaktplatten können auf den Stahlblechkörper gepresst werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Kontakt zwischen Kontaktplatten und Metallkörper besonders sicher gewährleistet wird. Darüber hinaus ist dadurch eine Minimierung der Verzüge besonders wirkungsvoll möglich.
- Die Temperatur der mindestens einen Kontaktplatte mit höherer Temperatur kann vor und/oder während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers mit den Kontaktplatten durch eine Temperaturregeleinrichtung geregelt werden.
- Die Temperatur der mindestens einen Kontaktplatte mit höherer Temperatur kann vor und/oder während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers mit den Kontaktplatten durch eine
Temperaturkontrolleinrichtung kontrolliert werden.
- Die Temperatur kann in mindestens einem Teilbereich der mindestens einen Kontaktplatte mit höherer Temperatur vor und/oder während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers mit den Kontaktplatten durch eine Temperaturregeleinrichtung geregelt werden.
- Es kann in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens eine Kontaktplatte entfernt werden. Dadurch wird es möglich, die Ausbildung des Temperaturprofils des Metallkörpers durch das Entfernen einer oder mehrerer Kontaktplatten zu beeinflussen. - Mindestens eine der Kontaktplatten kann gekühlt werden. Durch die aktive Kühlung der Kontaktplatten kann die Temperatur des Stahlblechkörpers exakt gesteuert werden. Insbesondere kann dadurch die Abkühlgeschwindigkeit des Stahlblechkörpers genau eingestellt werden. - Der Stahlblechkörper kann eine Schutzschicht, insbesondere ein Al-
Si-Schutzschicht oder eine Zinkschutzschicht, aufweisen. Insbesondere können hochfeste, verzinkte Bleche und Blechformteile aus dem Karosseriebau eingesetzt werden. Bei derartigen Metallkörpern mit einer Zinkschicht verhindert der Kontakt zwischen Metallkörper und Kontaktplatte die Beschädigung bzw. Zerstörung der
Zinkschicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und weist eine erste flächig ausgebildete Kontaktplatte, eine zweite flächig ausgebildete Kontaktplatte, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Kontaktplatte angeordnet ist, mindestens einer Wärmequelle, welche mit mindestens einer der Kontaktplatten in Verbindung steht, sowie eine Schließvorrichtung zur Variation des Abstandes der parallel zueinander angeordneten Kontaktplatten auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung können folgende zusätzliche Merkmale aufweisen:
- Die Vorrichtung kann eine Temperaturregeleinrichtung und/oder eine Temperaturkontrolleinrichtung aufweisen.
- Die Kontaktplatten können aus einem Metall und/oder aus Keramik bestehen.
- Die mindestens eine Wärmequelle kann in einer Kontaktplatte integriert sein. - Die mindestens eine Wärmequelle kann als induktive oder konduktive
Wärmequelle ausgebildet sein.
- Mindestens eine Kontaktplatte kann Kühlkanäle aufweisen.
Die Kontaktplatten können sowohl alle aus dem gleichen Werkstoff als auch aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein. Vorzugsweise bestehen Kontaktplatten, die erwärmt werden, aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Stahl.
Kontaktplatten, die nicht erwärmt werden, können bevorzugt sowohl aus metallischen als auch nicht-metallischen Werkstoffen hergestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise werden Kontaktplatten, die nicht erwärmt werden, aus einem Isolationsmaterial hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmeverlust verringert wird. Die Kontaktplatten können eine Isolationsschicht aufweisen. Auch dadurch kann der Wärmeverlust verringert werden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3a eine schematische Schnittdarstellung eines ersten
Verfahrensschrittes zu einer Temperierung der Kontaktplatten,
Fig. 3b eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten
Verfahrensschrittes zu einer Anwendung der Kontaktplatten,
Fig. 3c eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Verfahrensschrittes zu einer Anwendung der Kontaktplatten.
Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Stahlblechkörper 1 ist durch das Verschieben der ersten Kontaktplatte 2 mit Hilfe der Schließvorrichtung 11 in Richtung 4 mit der ersten Kontaktplatte 2 in Kontakt gebracht worden. Ein erster Flächenabschnitt 6 des Stahlblechkörpers 1 steht mit der ersten Kontaktplatte 2 in Verbindung. Der erste Flächenabschnitt 6 liegt auf der Blechoberseite und der zweite Flächenabschnitt 7 befindet sich auf der Blechunterseite. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entsprechen der erste Flächenabschnitt 6 und der zweite Flächenabschnitt 7 einen Teilbereich der Ober- bzw. Unterseite des flach ausgebildeten Stahlblechkörpers 1. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, in denen der erste Flächenabschnitt 6 bzw. der zweite Flächenabschnitt 7 der gesamten Unterseite bzw. der gesamten Oberseite eines flach ausgebildeten Stahlblechkörpers 1 entsprechen.
Außerdem ist der Stahlblechkörper 1 mit der zweiten Kontaktplatte 3 in Kontakt gebracht worden. Ein zweiter Flächenabschnitt 7 steht mit der zweiten Kontaktplatte 3 in Verbindung.
Dabei sind die Kontaktplatten 2,3 flächig entsprechend der Kontur der Flächenabschnitte 6,7 des Stahlblechkörpers 1 ausgebildet und im Zustand der Kontaktierung mit dem Metallkörper 1 parallel zueinander verlaufend angeordnet.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird durch die Schließvorrichtung 11 die Kontaktplatte 2 in ihrem Abstand zur Kontaktplatte 3 variiert. Dadurch ist das Auseinander- und Zusammenfahren der Kontaktplatten 2,3 und damit die Kontaktierung eines zwischen diesen eingebrachten Stahlblechkörpers 1 möglich.
Zur Kontaktierung der Kontaktplatten 2,3 mit dem Stahlblechkörper 1 sind jedoch auch anders aufgebaute Schließvorrichtungen geeignet. So kann entweder nur eine Kontaktplatte oder mehrere Kontaktplatten verschiebbar sein.
Die Kontaktierung kann derart gestaltet sein, dass die erste Kontaktplatte 2 und die zweite Kontaktplatte 3 simultan mit dem Stahlblechkörper 1 in
Kontakt gebracht werden. Es kann aber auch zunächst eine Kontaktplatte 2 mit dem Stahlblechkörper 1 in Kontakt gebracht werden und erst zeitlich später eine zweite Kontaktplatte 3 hinzukommen.
Die zweite Kontaktplatte 3 wird bzw. wurde durch eine Energiequelle 5 auf eine gegenüber dem Stahlblechkörper 1 erniedrigte Temperatur gebracht. Mit anderen Worten wird bzw. wurde die Kontaktplatte 3 auf eine Temperatur gebracht, die zwar oberhalb der Raumtemperatur liegt, jedoch unterhalb der Austenitisierungstemperatur. Unter Energiequelle 5 wird im weiteren jede Einrichtung verstanden, die zur Erwärmung von Gegenständen eingesetzt werden kann.
Nicht in den Figuren dargestellt ist eine Kühlvorrichtung. Diese kann entweder in unmittelbarer Nähe zu einer oder zu beiden der Kontaktplatten 2,3 angebracht sein oder in diese integriert sein. Beispielsweise können in eine oder in beide Kontaktplatten 2,3 Kühlkanäle eingebracht sein. Dies ermöglicht die Durchleitung von flüssigen oder gasförmigen Kühlmitteln durch die Kontaktplatten 2,3 , was zu einer besonders exakten Kühlung führt.
Im Zusammenspiel mit der Energiequelle 5 kann die Kühlvorrichtung die Temperatur der Kontaktplatten 2,3 damit besonders exakt regeln.
Die Kontaktplatten 2,3 sind dabei parallel zueinander verlaufend angeordnet. Die zweite Kontaktplatte 3 weist eine Isolationsschicht 8 auf. Durch diese Isolationsschicht 8 kann der Wärme- bzw. Kühlverlust verringert werden.
Während der Kontaktierung der Kontaktplatten 2,3 mit dem Stahlblechkörper 1 kann die Temperatur des Stahlblechkörpers 1 konstant gehalten werden. Es ist jedoch auch möglich die Temperatur des Stahlblechkörpers 1 im Verlauf der Kontaktierung durch die definierte Änderung der Temperaturen der Kontaktplatten 2,3 zu variieren. Somit ist eine sehr variable Anpassung des Temperatur-Zeit-Verlaufs möglich. Der Temperaturverlauf entlang einer Kontaktplatte 2,3 kann derart ausgebildet sein, dass sich über die gesamte Kontaktplatte 2,3 eine nahezu konstante Temperatur einstellt. Die Kontaktplatte 2,3 kann jedoch auch derart erwärmt oder gekühlt werden, dass sich innerhalb der Kontaktplatte 2,3 Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen bilden. Somit wird es möglich in unterschiedlichen Bereichen des Stahlblechkörper 1 unterschiedliche Temperatur-Zeit-Verläufe zu verwirklichen und damit eine selektive und individuell an den Anwendungszweck angepasste Temperaturbeaufschlagung einzelner Teilbereiche der Flächenabschnitte 6 und 7 des Stahlblechkörpers 1 zu erzielen.
Der mit den Kontaktplatten 2,3 in Kontakt gebrachten erste Flächenabschnitt 6 und zweite Flächenabschnitt 7 des Stahlblechkörpers 1 können die gleiche Größe besitzen. Sie können jedoch auch unterschiedliche Größen besitzen (nicht abgebildet).
An der Kontaktplatte 2 ist eine Temperaturregeleinrichtung 9 und eine Temperaturkontrolleinrichtung 10 angebracht sein. Ferner kann auch ein Temperatursensorelement (nicht abgebildet) angebracht sein. Dies ermöglicht die Messung der Temperatur des Stahlblechkörpers 1 und/oder der Kontaktplatten 2,3. Die auf diese Weise gemessene Temperatur kann beispielsweise als Eingangsgröße für die Temperaturregeleinrichtung 9 und/oder die Temperaturkontrolleinrichtung 10 dienen, die den Temperatur- Zeit-Verlauf der thermischen Behandlung steuert und/oder regelt bzw. kontrolliert. Die Temperaturregeleinrichtung 9 kann hierbei sowohl die Energiequelle 5 als auch die Kühlvorrichtung steuern und damit für eine besonders exakte Temperierung der Kontaktplatten 2,3 und damit des Stahlblechkörpers 1 sorgen. Das Verfahren kann auch derart ausgestaltet sein, dass gleichzeitig mehrere Stahlblechkörper 1 gleichzeitig im Kontakt mit mindestens einer ersten und/oder einer mindestens einer zweiten Kontaktplatte in Kontakt gebracht werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Stahlblechkörper 1 wurde durch Verschieben der ersten Kontaktplatte 2 mit dieser sowie einer zweiten Kontaktplatte 3 in Kontakt gebracht. Dabei erfolgt die Verschiebung der beiden parallel zueinander angeordneten Kontaktplatten 2,3 durch die Schließvorrichtung 11. Die erste Kontaktplatte 2 wird bzw. wurde durch eine Energiequelle 5 und eine Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) auf eine gegenüber dem Stahlblechkörper erniedrigte Temperatur gebracht. Die zweite Kontaktplatte 3 wird bzw. wurde durch eine weitere Energiequelle 5 und eine weitere Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) auf eine gegenüber dem Stahlblechkörper erhöhte Temperatur gebracht. Dabei können die erste Kontaktplatte 2 und die zweite Kontaktplatte 3 durch die Energiequellen 5 und die Kühlvorrichtungen sowohl auf die gleiche Temperatur als auch auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden.
Fig. 3a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Verfahrensschrittes zu einer Temperierung der Kontaktplatten. Die erste Kontaktplatte 2 und zweite Kontaktplatte 3 werden zeitlich vor der Kontaktierung mit dem Stahlblechkörper in gegenseitigen Kontakt zueinander gebracht. Anschließend wird die zweite Kontaktplatte 3 durch die Energiequelle 5 auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb von Raumtemperatur und unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegt. Die Temperatur überträgt sich anschließend auf die mit der zweiten Kontaktplatte 3 in Kontakt stehenden ersten Kontaktplatte 2. Fig. 3b zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Verfahrensschrittes zu einer Anwendung der Kontaktplatten, der sich an den in Fig. 3a dargestellten Verfahrensschritt anschließt. Die erste Kontaktplatte 2 und die zweite Kontaktplatte 3 werden voneinander getrennt. Der sich auf Austenitisierungstemperatur befindende Stahlblechkörper 1 wird zwischen die getrennten Kontaktplatten 2,3 eingeführt.
Fig. 3c zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Verfahrensschrittes zu einer Anwendung der Kontaktplatten 2 und 3, der sich an den in Fig. 3b dargestellten Verfahrensschritt anschließt. Die erste
Kontaktplatte 2 und die zweite Kontaktplatte 3 wurden durch Schließen der Schließvorrichtung 11 mit dem Stahlblechkörper 1 in Kontakt gebracht. Dabei besitzen sowohl die erste Kontaktplatte 2 als auch die zweite Kontaktplatte 2 eine gegenüber dem Stahlblechkörper 1 erniedrigte Temperatur.
BEZUGSZEICHENLISTE
Stahlblechkörper Erste Kontaktplatte Zweite Kontaktplatte Richtung Energiequelle Erster Flächenabschnitt Zweiter Flächenabschnitt Isolationsschicht Temperaturregeleinrichtung Temperaturkontrolleinrichtung Schließvorrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Temperierung mindestens eines Stahlblechkörpers zwischen der Austenitisierung und dem Warmumformen, wobei
- der sich auf Austenitisierungstemperatur befindende Stahlblechkörper (1 ) in seiner Lage fixiert wird,
- mindestens eine erste Kontaktplatte (2) mit mindestens einem ersten Flächenabschnitt (6) des Stahlblechkörpers (1 ) in Kontakt gebracht wird,
- mindestens eine zweite Kontaktplatte (3) mit mindestens einem zweiten Flächenabschnitt (7) des Stahlblechkörpers (1 ) in Kontakt gebracht wird,
- die Kontaktplatten (2, 3) flächig im wesentlichen oder vollständig entsprechend der Kontur der Flächenabschnitte (6,7) des Stahlblechkörpers (1 ) ausgebildet sind und im Zustand der Kontaktierung mit dem Stahlblechkörper (1 ) im wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und
- mindestens eine Kontaktplatte (2, 3) während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers (1 ) eine gegenüber dem Stahlblechkörper (1 ) niedrigere Temperatur besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die mindestens eine Kontaktplatte (2, 3) mit niedrigerer Temperatur während der Kontaktierung eine Temperatur zwischen 300 0C und 800 0C, vorzugsweise zwischen 400 0C und 600 0C, besitzt.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktplatten (2,3) auf den Stahlblechkörper (1 ) gepresst werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperatur in mindestens einem Teilbereich der mindestens einen Kontaktplatte (2,3) mit niedrigerer Temperatur vor und/oder während der Kontaktierung des Stahlblechkörpers (1 ) mit den Kontaktplatten (2,3) durch eine Temperaturregeleinrichtung (9) geregelt und/oder durch eine Temperaturkontrolleinrichtung (10) kontrolliert wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens eine Kontaktplatte (2,3) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stahlblechkörper (1 ) in einem unmittelbar anschließenden Arbeitsschritt umgeformt wird und der mindestens eine erste Flächenabschnitt (6) und zweite Flächenabschnitt (7) im oder in der Nähe des umzuformenden Bereichs liegen.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Kontaktplatte gekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stahlblechkörper (1 ) eine Schutzschicht, insbesondere ein Al-Si- Schutzschicht oder eine Zinkschutzschicht, aufweist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
- einer ersten flächig ausgebildeten Kontaktplatte (2),
- einer zweiten flächig ausgebildeten Kontaktplatte (3), welche im Wesentlichen parallel zur ersten Kontaktplatte (2) angeordnet ist, mindestens einer Wärmequelle (5), welche mit mindestens einer der Kontaktplatten (2, 3) in Verbindung steht,
- einer Schließvorrichtung (11 ) zur Variation des Abstandes der parallel zueinander angeordneten Kontaktplatten (2, 3).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung eine Temperaturregeleinrichtung (9) und/oder eine Temperaturkontrolleinrichtung (10) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 10, wobei die Kontaktplatten (2, 3) aus Metall und/oder aus Keramik bestehen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 11 , wobei die mindestens eine Wärmequelle (5) in einer der Kontaktplatten (2, 3) integriert ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 12, wobei die mindestens eine Wärmequelle (5) als induktive oder konduktive Wärmequelle ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 13, wobei mindestens eine der Kontaktplatten Kühlkanäle aufweist.
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