WO2010133526A9 - Verfahren zur herstellung eines metallbauteils aus einem warmverprägten ausgangsmaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines metallbauteils aus einem warmverprägten ausgangsmaterial Download PDF

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hot
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Sascha Sikora
Andreas Ulrichs
Lothar Patberg
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metal component, in which a starting material is provided, the starting material is embossed and after the
  • Verwoogen is processed into a component, wherein the component has at least partially embossed areas.
  • the invention also relates to an advantageous use of a metal component produced in this way.
  • DE 10 2007 030 388 A1 discloses a method and an apparatus for producing a hardened sheet-metal component which flexibly rolled materials, so-called tailored roiled blanks, are used. Alternatively, also welded together boards of different wall thicknesses, so-called “tailored welded blanks", are used for the production of metal components.
  • Another way to optimize the weight of body parts from the prior art is the use of embossed sheets. In this process, a board is cold rolled between two rolls in the cold state. At least one of the rollers has the structure required for the embossment on the
  • the material used can be supplied to the rollers as Coli or cut to length as a single board. After embossing, the material is usually packaged and transported to the processing location. To crash-optimized
  • the invention is therefore the technical object of providing a method in which the manufacturing cost of crash-optimized components are reduced and at the same time a reduced wear of the rollers occurs.
  • the starting material is hot-stamped with a roller.
  • a roll for hot stamping has the advantage that the stamping is continuously possible and thus this step of the manufacturing process can be better integrated into a process flow.
  • the starting material hardens at least partially in the embossed region.
  • Embossing stamp and the starting material is big enough. As a result, a structural change can be effected so that it
  • the cooling may be in a further preferred
  • Embodiment of the method can be selectively optimized by the embossing tool, that is, the embossing roll or the die, is actively cooled during rolling. As a result, in particular the cooling rate and thus the degree of hardening can be adjusted.
  • the source material consists of a steel alloy, in particular a manganese-boron steel.
  • a steel alloy in particular a manganese-boron steel.
  • the requirements for body components in the automotive industry can be met particularly well.
  • the manganese-boron steel has a particularly high strength.
  • Corrosion resistance can be specifically adjusted in a further preferred embodiment that the The starting material is metallic or organic / inorganic coated.
  • Further processing is tempered.
  • the heat energy that was required for tempering the metal component for the hot stamping process can thus be used at least partially for subsequent processing.
  • the metal component does not have to be heated from, for example, room temperature to the processing temperature, but only from the temperature after being applied to the processing temperature. This leads to a significant energy saving.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention is provided in that the starting material is hot-formed and / or press-hardened after stamping.
  • the processing temperatures required for hot working or press hardening are in a similar range as the preferred embossing temperature. Therefore, after embossing, very little energy is required to bring the embossed semi-finished product to the desired processing temperature. Furthermore, by hot forming high
  • Verticians a different or similar hardening in the embossed and non-embossed area can be achieved.
  • the starting material is embossed with a microstructure. That way
  • microstructured embossments can provide a good combination of high strength and high weight reduction.
  • the microstructure may have any conceivable and practical form / design.
  • a very flexible composite component is achieved in that a circuit board is used as the starting material and the circuit board after the circuit board
  • Verwoogen surface is connected to another board, preferably on the embossed side is connected.
  • the starting material is specifically stamped in the areas that contribute to the weight reduction. In this way, the production of components is possible, which at approximately the same strength a lower weight
  • the starting material is deliberately load-bearing
  • embossed Due to the material thinning achieved with the embossing and / or during embossing or by
  • the strength properties of the component can be adjusted by the respective expected load, in particular in the case of a crash.
  • a hot-pressed metal component preferably produced by the production method according to the invention, is used in a motor vehicle body, in particular as a reinforcing element in a B-pillar, a sill or a longitudinal member. Due to the hot embossing, the characteristic properties of crash-optimized components can be set in a simple manner.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the
  • Fig. 3 shows a third embodiment of the
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of the
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment of the
  • Fig. 7 shows an embodiment of the invention
  • a first embodiment of the method according to the invention is shown.
  • the method 2 is initially a circuit board 4 as a starting material
  • a "tailored blank" or a band can be used.
  • the board 4 is tempered for hot stamping and therefore preferably has a temperature above the AC 3 - temperature.
  • Embodiment consists of a manganese-boron steel and is heated to a temperature of 900 to 950 ° C. After heating, the board 4 is in a rolling stand. 6
  • the rolling stand has an upper roll 8 and a lower roll 10, wherein the upper roll 8 has a surface structured for embossing. This is shown schematically in Fig. 1 by bulges 12. After hot embossing, the embossed board 14 has embossments 16 introduced by the bulges 12.
  • the rolling stand 6 is shown only schematically, i. in particular, it is not limited to two rollers. It can also be configured as a quarto or sexto arrangement.
  • the stampings 16 can be introduced into the board 14 by a plurality of embossing rollers or by a stamping punch. The stampings 16 can also be introduced on both sides of the board 14, for example, if the lower roller 10 has bulges. After this
  • Step 18 may in particular ümformvorrud, press hardening operations, but also chip and joining operations
  • Fig. 2 is another embodiment of a
  • Walzstandes 26 shown for the hot stamping of the starting material.
  • the rolling stand 26 has an upper roll 28 and a lower roll 30.
  • To the surface of the upper roller 28 are arranged parallel bulges 32, with which the board 34 is stamped during hot rolling.
  • embossed board 34 has characterized after the hot rolling strip-shaped stampings 36.
  • the method is, however, in principle not limited by the shape of the stampings.
  • Fig. 3 shows a sectional view of such
  • the board 42 is stamped by the upper roller 44, which is only partially shown in Fig. 3, by means of the Auswöibungen 46 present on the surface.
  • the lower roller is not shown for reasons of clarity.
  • a bulge 46 of the roller 44 presses an embossment 48 into the board 42.
  • the board 42 may have a temperature above the AC 3 temperature before embossing and may be cooled by contact with the profiles 46 in the base 50 of the embossment 48 become. In this way, it may be a Generalaushärtung or to a
  • a liquid cooling system in its interior exhibit.
  • the depth of the stampings 48 is dimensioned in FIG. 3 such that the intermediate region 52 of the roller 44 is not in direct contact with the printed circuit board 42 between the bulges 46.
  • a strong cooling of lying between the stampings 48 areas 54 of the board 42 is avoided, so that the board in this area in the
  • Areas of the board 42 can be achieved.
  • a particularly homogeneous structure of the board 42 can optionally be achieved in that the board 42 is embossed with a microstructure.
  • Fig. 4 shows a flowchart of another
  • Embodiment of a method according to the invention In the method 60, 62 is entered in a first step
  • starting material ie a board, a semi-finished product or a strip and tempered to the temperature for hot stamping. This temperature is preferably above the AC 3 temperature of the starting material.
  • the starting material is then hot stamped, in particular with a roller or a punch.
  • a part of the starting material can harden, for example in the embossed region by the contact with the roller or with the stamp.
  • the starting material After the stamping process, the starting material usually has a temperature that is far above the
  • the embossed starting material for the further processing planned in the following step 68 is tempered. It will exploited that is used by the already elevated temperature of the starting material after the hot stamping less energy to the starting material on the
  • the starting material may at least partially still have a temperature above the ACi temperature.
  • a further processing temperature above the ACj required in the following step 68 .
  • - Temperature is thus only a low temperature of the
  • a processing temperature above the ACi temperature is especially at
  • the starting material in step 68 is preferably hot-formed or press-hardened.
  • embossed starting material is designed as a circuit board, then this board can optionally also be connected to another cold or warm board, preferably on the embossed side.
  • a embossed board 74 is shown with Verianugept 76 on the top. On this embossed board another board 78 is applied, which with the
  • the boards 74 and 78 can be connected to each other, for example by material bonding, in particular by welding. This way will a flexible composite member 82 made.
  • the air gaps between the boards 74 and 78 in the region of the stampings 76 can contribute specifically to an improvement in the elongation capacity of the component 82.
  • Components 82 are manufactured.
  • FIGS. 6a to 6c show a further exemplary processing step of a hot-stamped starting material designed as a printed circuit board.
  • the hot-stamped circuit board 96 has embossed regions 98 and non-embossed regions 100.
  • the temperature of the embossed board 96 is above the ACi temperature preferably above AC 3 .
  • the board is placed in a tool 102 consisting of an upper tool 104 and a lower tool 106,
  • This manufacturing method can be advantageously with the partial curing of the embossed board during the
  • Warm embossing combine. By partial hardening of the board in the embossed area by the contact with the roller or with the die during the hot stamping and the
  • the embossed and unembossed areas can be hardened differently either or equally by different cooling rates, so that a plurality of locally different hardness properties of the so
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment for an advantageous use of a heat-embossed metal component as B pillar 114.
  • the B pillar 114 has a pillar region 116 and an upper connecting region 118 and a lower connecting region 120.
  • weight can be saved by the embossings introduced with the method, since in the area of the embossings a thinning of the material thickness occurs, and on the other hand the Strength or hardness can be adapted specifically to stress, in particular with regard to the crash behavior of the corresponding component, since by the structural changes during embossing or the subsequent
  • the properties of the component can be set locally targeted, for example in

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, bei dem ein Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) bereitgestellt wird, das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) verprägt wird und nach dem Verprägen zu einem Bauteil (90, 108, 114) weiterverarbeitet wird, wobei das Bauteil (90, 108, 114) zumindest teilweise verprägte Bereiche (16, 36, 48, 98) aufweist und wobei das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) warmverprägt wird. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines warmverprägten Metallbauteils, vorzugsweise hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, in einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere als Verstärkungselement in einer B-Säule (114), einem Schweller oder einem Längsträger.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES METALLBAUTEILS AUS EINEM
WARMVERPRÄGTEN AUSGANGSMATERIAL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, bei dem ein Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, das Ausgangsmaterial verprägt wird und nach dem
Verprägen zu einem Bauteil weiterverarbeitet wird, wobei das Bauteil zumindest teilweise verprägte Bereiche aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine vorteilhafte Verwendung eines auf diese Weise hergestellten Metallbauteils.
Unter einem Ausgangsmaterial wird im Rahmen dieser Erfindung eine Platine, ein Halbzeug oder ein Band aus Metall
verstanden. Bei der Herstellung von Metallbauteilen,
insbesondere von Karosseriebauteilen, sind durch das
Herstellungsverfahren verschiedene Anforderungen zu erfüllen. So ist es bei der Herstellung von Karosseriebauteilen
besonders wichtig, die geforderten Festigkeitseigenschaften bei einem möglichst geringen Bauteilgewicht zu erfüllen und zum anderen die Herstellungskosten zu minimieren. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden bei dem
Herstellungsverfahren für Metallbauteile bzw.
Karosseriebauteile aus dem Stand der Technik verschiedene Strategien verfolgt.
Eine Möglichkeit, das Bauteilgewicht bei gleicher Festigkeit zu senken, ist der Einsatz von variablen Wandstärken
innerhalb eines Bauteils. So wird in der
DE 10 2007 030 388 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten Blechbauteils offenbart, bei denen flexibel gewalzte Materialien, sogenannte "Tailored Roiled Blanks", eingesetzt werden. Alternativ können auch miteinander verschweißte Platinen verschiedener Wanddicken, sogenannte "Tailored Welded Blanks", zur Herstellung von Metallbauteilen verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit zur Gewichtsoptimierung von Karosseriebauteilen aus dem Stand der Technik besteht in dem Einsatz von verprägten Blechen. Bei diesem Verfahren wird eine Platine im kalten Zustand zwischen zwei Walzen kaltgewalzt. Mindestens eine der Walzen weist die für die Verprägung benötigte Struktur an der
Oberfläche auf. Der eingesetzte Werkstoff kann als Coli oder abgelängt als Einzelplatine dem Walzen zugeführt werden. Nach dem Verprägen wird das Material üblicherweise verpackt und an den Verarbeitungsort transportiert. Um crashoptimierte
Bauteile bereitzustellen, muss unter anderem am
Verarbeitungsort das Gefüge der kaltwalzgeprägten Platinen verändert werden. Dies erfolgt beispielsweise durch einen lokalen Wärmeeintrag. Der Nachteil dieser Verfahren aus dem Stand der Technik besteht darin, dass die Herstellungskosten von crashoptimierten Bauteilen erhöht sind. Ferner ergibt sich aufgrund des kalten Prägewalzens ein erhöhter Verschleiß der Walzen aufgrund hoher Walzkräfte.
Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Herstellungskosten für crashoptimierte Bauteile reduziert sind und gleichzeitig ein verringerter Verschleiß der Walzen auftritt.
Dies wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Ausgangsmaterial warmverprägt wird. Es ist erkannt worden, dass beim Warmverprägen des Ausgangsmaterials wesentlich geringere Kräfte zum Einbringen der Verprägungen erforderlich sind. Beim Warmverprägen wird die Platine zuvor auf eine Temperatur von oberhalb ACi
Temperatur erwärmt, also auf mehr als 723 °C und anschließend verprägt. Hierdurch wird erreicht, dass vor dem Verprägen eine zumindest teilweise Gefügeumwandlung der Platine in austenitisches Gefüge stattfindet. Austenitisches Gefüge benötigt geringere Umformkräfte. Der Anpressdruck der Presse bzw. der Verprägewalze ist folglich geringer, so dass die Presse bzw. Walze und der zugehörige Antrieb lediglich für geringere Kräfte ausgelegt werden müssen und weniger
verschleißen. Dies führt zu einer Kostenreduktion des
Verfahrens gegenüber dem Verprägeverfahren aus dem Stand der Technik.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsmaterial mit einer Walze warmverprägt . Die Verwendung einer Walze zum Warmverprägen hat den Vorteil, dass das Verprägen kontinuierlich möglich ist und dieser Schritt des Herstellverfahrens folglich besser in einen Prozessablauf integriert werden kann.
Es hat sich herausgestellt, dass besonders geringe Kräfte für gute Verprägeergebnisse ausreichend sind, wenn das
Ausgangsmaterial oberhalb von AC3 warmverprägt wird. In diesem Fall liegt vollständig austenitisches Gefüge vor, so dass beim Warmverprägen eine vollständige Gefügeumwandlung in Martensit erfolgen kann. Dies ergibt besonders hohe
Festigkeiten der Platine nach dem Warmverprägen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens härtet das Äusgangsmaterial im verprägten Bereich zumindest teilweise durch. Durch den
Kontakt der Walze mit dem Äusgangsmaterial im Bereich der Verprägung kommt es zu einer Abkühlung des warmen Metalls, wenn der Temperaturunterschied zwischen Walze oder
Prägestempel und dem Ausgangsmaterial groß genug ist. Dadurch kann eine Gefügeänderung bewirkt werden, so dass es
insbesondere im Grund der Verprägungen zu einem Härtevorgang kommt. So ist es möglich, auf einfache Weise Metallbauteile mit lokalen Härteunterschieden herzustellen, die
beispielsweise ein crashoptimiertes Festigkeitsprofil
aufweisen . Das Abkühlen kann in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens gezielt optimiert werden, indem das Prägewerkzeug, das heißt die Prägewalze oder der Prägestempel, beim Walzen aktiv gekühlt wird. Dadurch kann insbesondere die Abkühlrate und somit der Grad des Härtens eingestellt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, dass das Äusgangsmaterial aus einer Stahllegierung, insbesondere einem Mangan-Bor-Stahl besteht. Mit diesen Materialien können die Anforderungen an Karosseriebauteile im Kraftfahrzeugbau besonders gut erfüllt werden. Weiterhin weist insbesondere der Mangan-Bor-Stahl eine besonders hohe Festigkeit auf. Die Eigenschaften des Metallbauteils, beispielsweise die
Korrosionsbeständigkeit, können in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gezielt dadurch eingestellt werden, dass das Äusgangsmaterial metallisch oder organisch/anorganisch beschichtet ist.
Eine weitere Reduktion der Herstellungskosten wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass das
Ausgangsmaterial nach dem Verprägen auf die
Verarbeitungstemperatur für die nachfolgende
Weiterverarbeitung temperiert wird. Die Wärmeenergie, die zur Temperierung des Metallbauteils für den Warmverprägevorgang benötigt wurde, kann somit zumindest teilweise für die nachfolgende Weiterverarbeitung genutzt werden. Somit muss für die Weiterverarbeitung das Metallbauteil nicht von beispielsweise Raumtemperatur auf die Verarbeitungstemperatur erhitzt werden, sondern lediglich von der Temperatur nach dem Verprägen auf die Verarbeitungstemperatur. Dies führt zu einer deutlichen Energieeinsparung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, dass das Ausgangsmaterial nach dem Verprägen warmumgeformt und/oder pressgehärtet wird. Die für das Warmumformen bzw. Presshärten erforderlichen Verarbeitungstemperaturen liegen in einem ähnlichen Bereich wie die bevorzugte Verprägetemperatur . Daher ist nach dem Verprägen besonders wenig Energie erforderlich, um das verprägte Halbzeug auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur zu bringen. Weiterhin können durch Warmumformen hohe
ümformgrade erreicht und das Bauteil sehr flexibel umgeformt werden .
Durch das Presshärten des verprägten Metallbauteils kann unterschiedliche Härteverteilung im Metallbauteil dadurch herbeigeführt werden, dass die nicht-verprägten Bereiche direkten Kontakt mit der Oberfläche des Presshärtwerkzeugs haben und somit schneller abkühlen als die verprägten
Bereiche. Damit kann einerseits erreicht werden, dass die nicht verprägten Bereiche eine höhere Härte aufweisen als die verprägten Bereiche, andererseits kann in Kombination mit der Teilaushärtung der verprägten Bereiche während des
Verprägevorgangs eine verschiedenartige oder gleichartige Durchhärtung im verprägten und im nicht-verprägten Bereich erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ausgangsmaterial mit einer Mikrostruktur verprägt. Auf diese Weise werden
besonders homogene Eigenschaften, insbesondere Festigkeits- und Härteeigenschaften des Metallbauteils erreicht. Außerdem können die Verprägungen mit einer Mikrostruktur eine gute Kombination von hoher Festigkeit und hoher Gewichtsreduktion erzielen. Die Mikrostruktur kann jegliche denkbare und in der Praxis umzusetzende Form/Ausgestaltung aufweisen.
Beispielsweise ist vorstellbar, eine Mikrostruktur mit einer Rautiefe Ra von 50 pm bis 500μπι einzuprägen.
Ein sehr flexibles Verbundbauteil wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass als Ausgangsmaterial eine Platine verwendet wird und die Platine nach dem
Verprägen flächig mit einer weiteren Platine verbunden wird, vorzugsweise auf der verprägten Seite verbunden wird.
Diese Platinen werden dann vorzugsweise durch ein
Plattierwalzen und/oder durch gemeinsames Warmumformen miteinander verbunden. Beim Plattierwalzen können die
Platinen ohne einen Formschluss zu bilden miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Beim gemeinsamen Warmumformen entsteht ein Formschluss, welcher beide Platinen zu einem Bauteil verbindet. Optional können Luftspalten zwischen den verprägten Platinen vorgesehen sein, mit denen eine Verbesserung des Dehnungsvermögens des Bauteils erreicht wird. Eine Verbindung ist aber auch durch bekannte Verfahren umsetzbar, beispielsweise unter Anwendung von Loten.
Besonders flexible Eigenschaften werden bei der Herstellung des vorhergehend beschriebenen Bauteils dadurch erreicht, dass die beiden Platinen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Ausgangsmaterial gezielt in den Bereichen verprägt, die zur Gewichtsreduzierung beisteuern. Auf diese Weise ist die Herstellung von Bauteilen möglich, welche bei annähernd gleicher Festigkeit ein geringeres Gewicht
aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsmaterial gezielt belastungsgerecht,
insbesondere im Hinblick auf das Crashverhalten, verprägt. Durch die mit dem Verprägen erreichte Materialausdünnung und/oder durch die während des Verprägens oder durch
nachfolgende Verfahrensschritte erreichte Härteverteilung im Bauteil ist es möglich, die Härte- und/oder
Festigkeitseigenschaften des Bauteils ortsabhängig von der jeweiligen zu erwartenden Belastung, insbesondere bei einem Crash, einzustellen.
Die technische Aufgabe wird in einer zweiten Lehre dadurch gelöst, dass ein warmverprägtes Metallbauteil, vorzugsweise hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, in einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere als Verstärkungselement in einer B-Säule, einem Schweller oder einem Längsträger verwendet wird. Durch die Warmverprägung können die charakteristischen Eigenschaften crashoptimierter Bauteile auf einfache Weise gezielt eingestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
entnommen werden. Dabei wird Bezug auf die beigefügte
Zeichnung genommen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Verwendung. In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Bei dem Verfahren 2 wird als Ausgangsmaterial zunächst eine Platine 4
bereitgestellt. Anstelle einer Platine könnte hier und in den übrigen Ausführungsbeispielen auch ein Halbzeug
beispielsweise ein „tailored Blank" oder ein Band verwendet werden .
Die Platine 4 wird für das Warmverprägen temperiert und weist daher vorzugsweise eine Temperatur oberhalb der AC3- Temperatur auf. Die Platine 4 im vorliegenden
Ausführungsbeispiel besteht aus einem Mangan-Bor-Stahl und wird auf eine Temperatur von 900 bis 950 °C erwärmt. Nach dem Erwärmen wird die Platine 4 in einem Walzstand 6
warmverprägt . Der Walzstand weist eine obere Walze 8 und eine untere Walze 10 auf, wobei die obere Walze 8 eine für die Verprägung strukturierte Oberfläche aufweist. Diese ist in Fig. 1 schematisch durch Auswölbungen 12 dargestellt. Nach dem Warmverprägen weist die verprägte Platine 14 durch die Auswölbungen 12 eingebrachte Verprägungen 16 auf.
Der Walzstand 6 ist lediglich schematisch dargestellt, d.h. er ist insbesondere nicht auf zwei Walzen beschränkt. Er kann auch als Quarto- oder Sexto-Anordnung ausgebildet sein. Die Verprägungen 16 können in die Platine 14 auch durch mehrere Verprägewalzen oder durch einen Verprägestempel eingebracht werden. Die Verprägungen 16 können auch beidseitig in die Platine 14 eingebracht werden, beispielsweise wenn auch die untere Walze 10 Auswölbungen aufweist. Nach dem
Warmverprägevorgang wird die verprägte Platine 14 bzw. das verprägte Halbzeug in einem weiteren Arbeitsschritt 18 zu einem Bauteil weiterverarbeitet. Dieser weitere Arbeitsschritt 18 kann insbesondere ümformvorgänge, Presshärtevorgänge, aber auch Span- und Fügevorgänge
umfassen . In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Walzstandes 26 für das Warmverprägen des Ausgangsmaterials gezeigt. Der Walzstand 26 weist eine obere Walze 28 und eine untere Walze 30 auf. Zu der Oberfläche der oberen Walze 28 sind parallele Auswölbungen 32 angeordnet, mit denen die Platine 34 während des Warmwalzens verprägt wird. Die
verprägte Platine 34 weist dadurch nach dem Warmwalzvorgang streifenförmige Verprägungen 36 auf. Das Verfahren ist prinzipiell jedoch nicht durch die Form der Verprägungen begrenzt .
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines solchen
Warmverprägevorgangs . Die Platine 42 wird durch die obere Walze 44, welche in Fig. 3 nur teilweise gezeigt ist, mittels der an der Oberfläche vorhandenen Auswöibungen 46 verprägt. Die untere Walze ist aus Übersichtsgründen nicht dargestellt. Bei dem Verprägevorgang drückt eine Auswölbung 46 der Walze 44 jeweils eine Verprägung 48 in die Platine 42. Die Platine 42 kann vor dem Verprägen eine Temperatur oberhalb der AC3- Temperatur aufweisen und durch den Kontakt mit den Profilen 46 im Grund 50 der Verprägung 48 abgekühlt werden. Auf diese Weise kann es zu einer Teilaushärtung oder zu einer
vollständigen Aushärtung der Platine im Bereich des
Verprägungsgrundes 50 kommen. Dieser Effekt kann dadurch verstärkt werden, dass die obere Walze 44 aktiv gekühlt wird. Dazu kann die Walze 44
beispielsweise ein Flüssigkeitskühlsystem in ihrem Inneren aufweisen. Die Tiefe der Verprägungen 48 ist in Fig. 3 so bemessen, dass der Zwischenbereich 52 der Walze 44 zwischen den Auswölbungen 46 mit der Platine 42 nicht in direktem Kontakt steht. Dadurch wird ein starkes Abkühlen der zwischen den Verprägungen 48 liegenden Bereiche 54 der Platine 42 vermieden, so dass die Platine in diesem Bereich im
Wesentlichen keine Gefügeänderung, insbesondere keine Härtung erfährt. Auf diese Weise kann eine unterschiedliche
Härteverteilung in den verprägten und nicht verprägten
Bereichen der Platine 42 erreicht werden. Eine besonders homogene Struktur der Platine 42 kann optional dadurch erreicht werden, dass die Platine 42 mit einer Mikrostruktur verprägt wird. Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dem Verfahren 60 wird in einem ersten Schritt 62 ein
Ausgangsmaterial, d.h. eine Platine, ein Halbzeug oder ein Band bereitgestellt und auf die Temperatur zum Warmverprägen temperiert. Diese Temperatur liegt vorzugsweise oberhalb der AC3-Temperatur des Ausgangsmaterials. Im nächsten Schritt 64 wird das Ausgangsmaterial dann warmverprägt , insbesondere mit einer Walze oder einem Stempel. Bei dem Verprägevorgang kann ein Teil des Ausgangsmaterials aushärten, beispielsweise im verprägten Bereich durch den Kontakt mit der Walze bzw. mit dem Stempel.
Nach dem Verprägevorgang weist das Ausgangsmaterial in der Regel eine Temperatur auf, die weit oberhalb der
Raumtemperatur liegt. Im nachfolgenden Schritt 66 wird das verprägte Ausgangsmaterial für die im nachfolgenden Schritt 68 geplante Weiterverarbeitung temperiert. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die bereits erhöhte Temperatur des Ausgangsmaterials nach dem Warmverprägen weniger Energie aufzuwenden ist, um das Ausgangsmaterial auf die
Verarbeitungstemperatur zu bringen, als bei kaltverprägten Platinen.
Insbesondere kann das Ausgangsmaterial nach dem Verprägen zumindest teilweise noch eine Temperatur oberhalb der ACi- Temperatur aufweisen. Für eine im nachfolgenden Schritt 68 erforderliche Weiterverarbeitungstemperatur oberhalb der ACj.- Temperatur ist damit nur eine geringe Temperierung des
Ausgangsmaterials erforderlich. Eine Verarbeitungstemperatur oberhalb der ACi-Temperatur wird insbesondere beim
Warmumformen und Presshärten benötigt. Daher wird das
Ausgangsmaterial im Schritt 68 bevorzugt warmumgeformt bzw. pressgehärtet .
Ist das verprägte Ausgangsmaterial als Platine ausgebildet, so kann diese Platine optional auch mit einer weiteren kalten oder warmen Platine, vorzugsweise auf der verprägten Seite verbunden werden.
In Fig. 5a ist eine verprägte Platine 74 mit Verprägungen 76 auf der Oberseite dargestellt. Auf diese verprägte Platine ist eine weitere Platine 78 aufgebracht, welche mit der
Platine 74 in den nicht verprägten Bereichen 80 in Kontakt steht. Wird eine kalte Platine 78 mit der verprägten Platine 74 verbunden, so kann dies durch die damit verbundene
Abkühlung zu einer Härtung der nicht-verprägten Bereiche 80 der verprägten Platine 74 führen. Die Platinen 74 und 78 können beispielsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird ein flexibles Verbundbauteil 82 hergestellt. Die Luftspalte zwischen den Platinen 74 und 78 im Bereich der Verprägungen 76 können gezielt zu einer Verbesserung des Dehnungsvermögens des Bauteils 82 beitragen.
Durch die Auswahl verschiedener Materialien für die Platinen 74 und 78, insbesondere verschiedener Stahllegierungen mit verschiedenen Eigenschaften bezüglich der Festigkeit und Härte, können auf sehr flexible Weise unterschiedliche
Bauteile 82 gefertigt werden.
Anstelle einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Platinen 74 und 78 ist es auch möglich, die Platinen durch einen Walzprozess bzw. durch gemeinsames Umformen miteinander zu einem Formschluss zu verbinden. In Fig. 5b ist die verprägte Platine 74 und die weitere Platine 78 nach einem gemeinsamen Umformvorgang gezeigt. Die beiden Platinen 74 und 78 sind durch den Umformvorgang in ihrem gemeinsamen
Anlagebereich form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise kann ein kompliziert umgeformtes Verbundbauteil 90 ohne einen zusätzlichen Schweißvorgang hergestellt werden.
In den Figuren 6a bis 6c ist ein weiterer beispielhafter Verarbeitungsschritt eines warmverprägten, als Platine ausgebildeten Ausgangsmaterials gezeigt. Die warmverprägte Platine 96 weist verprägte Bereiche 98 und nicht verprägte Bereiche 100 auf. Die Temperatur der verprägten Platine 96 liegt dabei oberhalb der ACi-Temperatur bevorzugt oberhalb von AC3. Die Platine wird in ein Werkzeug 102, bestehend aus einem Oberwerkzeug 104 und einem Unterwerkzeug 106,
eingebracht und dort zu einem Bauteil 108 warmumgeformt und pressgehärtet. Beim Presshärtevorgang liegt das Bauteil 108 dabei in den verprägten Bereichen 98 nicht in unmittelbarem Kontakt mit dem Oberwerkzeug 104. Die Abkühlungsrate in diesen Bereichen 98 ist somit geringer als in den verprägten Bereichen 100. Demzufolge kommt es in diesen Bereichen 98 nicht zu einer Gefügeänderung des Bauteils 108, so dass das Bauteil 108 nur in den nicht-verprägten Bereichen 100
gehärtet wird. Dieses Herstellungsverfahren lässt sich vorteilhaft mit der Teilaushärtung der verprägten Platine während des
Warmverprägens kombinieren. Mittels Teilaushärten der Platine im verprägten Bereich durch den Kontakt mit der Walze bzw. mit dem Prägestempel während des Warmverprägens und dem
Härten der nicht verprägten Bereiche im Presshärtwerkzeug 102 können die verprägten und nicht verprägten Bereiche entweder gleichermaßen oder durch verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten unterschiedlich gehärtet werden, so dass eine Vielzahl von lokal unterschiedlichen Härteeigenschaften des so
hergestellten Bauteils möglich ist.
Fig. 7 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel für eine vorteilhafte Verwendung eines warmverprägten Metallbauteils als B-Säule 114. Die B-Säule 114 weist einen Säulenbereich 116 sowie einen oberen Verbindungsbereich 118 und einen unteren Verbindungsbereich 120 auf. Bei der Herstellung von Karosserieelementen wie beispielsweise B-Säulen besteht die Anforderung, gleichzeitig eine hohe Festigkeit des Bauteils bei einem geringen Gewicht vorzusehen. Durch die mit dem Verfahren eingebrachten Verprägungen kann einerseits Gewicht eingespart werden, da es im Bereich der Verprägungen zu einer Ausdünnung der Materialdicke kommt, und andererseits kann die Festigkeit oder Härte gezielt belastungsgerecht angepasst werden, insbesondere im Hinblick auf das Crashverhalten des entsprechenden Bauteils, da durch die Gefügeänderungen während des Verprägens oder der nachfolgenden
Verfahrensschritte die Eigenschaften des Bauteils lokal gezielt eingestellt werden können, beispielsweise im
Verbindungsbereich 120.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils,
bei dem ein Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74)
bereitgestellt wird, das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) verprägt wird und nach dem Verprägen zu einem Bauteil (90, 108, 114) weiterverarbeitet wird, wobei das Bauteil (90, 108, 114) zumindest teilweise verprägte Bereiche (16, 36, 48, 98) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) warmverprägt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) mit einer Walze (8, 28, 44) warmverprägt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) oberhalb von AC3 warmverprägt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) im verprägten
Bereich (16, 36, 48, 98) zumindest teilweise durchhärtet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Prägewerkzeug (8, 28, 44) beim Walzen aktiv gekühlt wird .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) aus Stahl, insbesondere einem Mangan-Bor-Stahl, oder aus einer Stahllegierung besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) metallisch oder organisch oder anorganisch beschichtet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) nach dem Verprägen auf die Verarbeitungstemperatur für die nachfolgende Weiterverarbeitung temperiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) nach dem Verprägen warmumgeformt und/oder pressgehärtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) mit einer
Mikrostruktur verprägt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Ausgangsmaterial eine Platine (74) verwendet wird und die Platine (74) nach dem Verprägen flächig mit einer weiteren Platine (78) vorzugsweise auf der verprägten Seite verbunden wird.
12. Verfahren nach Ansprüche 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Platinen (74, 78) durch ein Plattierwalzen und/oder durch gemeinsames Warmumformen miteinander verbunden werden .
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die beiden Platinen (74, 78) aus unterschiedlichen
Werkstoffen bestehen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s, das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) gezielt in den Bereichen verprägt wird, die zur Gewichtsreduzierung beisteuern .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s, das Ausgangsmaterial (4, 34, 42, 74) gezielt
belastungsgerecht, insbesondere im Hinblick auf das Crashverhalten, verprägt wird.
16. Verwendung eines warmverprägten Metallbauteils,
vorzugsweise hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, in einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere als Verstärkungselement in einer B-Säule (114), einem Schweller oder einem Längsträger.
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