WO2016138892A1 - Verfahren zum fertigen eines formteils, formteil, werkzeug und presse mit einem werkzeug - Google Patents

Verfahren zum fertigen eines formteils, formteil, werkzeug und presse mit einem werkzeug Download PDF

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WO2016138892A1
WO2016138892A1 PCT/DE2016/100076 DE2016100076W WO2016138892A1 WO 2016138892 A1 WO2016138892 A1 WO 2016138892A1 DE 2016100076 W DE2016100076 W DE 2016100076W WO 2016138892 A1 WO2016138892 A1 WO 2016138892A1
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WO
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sheet
tool
forming
molded part
foreign structure
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Application number
PCT/DE2016/100076
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English (en)
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Inventor
Daniel Pietzka
Michael Werbs
Original Assignee
Schuler Pressen Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/002—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/005—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00 characterized by the material of the blank or the workpiece
    • B21D35/006—Blanks having varying thickness, e.g. tailored blanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a molded part, in which a sheet metal is machined, wherein the sheet metal comprises a metal and forms a flat base body with a material thickness which is smaller in relation to the length dimensions of a surface of the sheet Sheet metal on a top and a bottom each having a larger surface than at the material thickness determining surfaces. Furthermore, the invention relates to a molded part and a press with a tool.
  • Sheets are in particular flat rolled metal products, which are usually as sheets and / or rolls
  • Sheets are delivered. Sheets are used in production in various industries such as automotive, household appliances, shipbuilding and
  • a custom sheet metal blank is used, which is usually composed of different material grades and / or sheet thicknesses (tailored blank).
  • This prefabricated semi-finished product is then converted, for example by deep drawing to the desired component.
  • the individual sheet metal blanks are welded together, which is usually done by laser welding.
  • the graded component properties are achieved over a flat composite of sheets of different dimensions and / or different materials after forming.
  • certain weaknesses in the component can occur due to the deformation, at which preferably thinning and / or fraying and / or tearing can occur locally.
  • a weak point is, for example, the door lock area of a car door to be manufactured.
  • EP 0 911 426 B1 discloses a method for producing a molded part in which a pulverulent filler material is applied to a base body, for example a metal sheet, by thermal spraying, without the powder particles being melted and without a cohesive bond between them two materials is produced. Subsequently, the coated base body formed and removed the body.
  • AI is to improve the vibration behavior, the strength and in particular the diagonal stiffness of lightweight components and to improve the production of lightweight components with three-dimensionally deformed bleaching from a plate-shaped form element which at least partially has a three-dimensional structure, which in Broken through at least two in the plane of the plate-shaped mold element at an angle to each other directions is proposed that partial surfaces of the structured areas are provided with different structures that are adapted to the intended for the respective partial surface Hauptverformungsgrad.
  • Reinforcing sheet is lower than in the remaining region of the reinforcing sheet and the multilayer sheet structure is then formed by a forming process and a multi-layer sheet structure, which is preferably prepared by the aforementioned method proposed.
  • a method for the production of moldings is proposed, wherein a base body is coated by thermal spraying, wherein a powdered filler material is passed by means of a gas on the surface to be coated of the base body without the powder particles of the Additional material are melted in the gas jet and that the base body is reinforced by spraying to a desired thickness, wherein the base body has a smaller thickness than the sprayed by thermal spraying layer.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the object is achieved by a method of manufacturing a molding in which a metal sheet is machined, wherein the metal sheet has a metal and forms a flat base body with a material thickness which is smaller in relation to the length dimensions of a surface of the sheet the sheet has a larger surface area on an upper side and a lower side than the surface determining the material thickness, with the following steps: - cohesive application of a foreign structure on a surface of the sheet and
  • the sheet is especially prefabricated in such a way that after forming the sheet has received graded properties. This allows a flexible assembly of sheets before forming.
  • the properties are improved very targeted and locally by applying structures.
  • the fact that in particular no large overlap of two materials to form the structure is necessary, but the second material is used very locally, the inventive method is material and resource-friendly.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that the component and forming properties of metal sheets are achieved after the application of a cohesive foreign structure to the surface of the metal sheet by combining structured grading and forming.
  • molded part is understood in particular to mean a workpiece which is produced plastically by deliberate forming of a sheet due to a change in shape
  • a molded part is in particular a component with almost finished or finished workpiece shapes and / or workpiece geometries.
  • a "metal sheet” is in particular a flat rolling mill finished product made of metal, which is present in particular as a sheet and / or coil (coil) .
  • a sheet is a flat basic body and / or a flat structure
  • a metal sheet may also be in the form of Tailor Welded and Tailor Bonded Blanks, in particular a thin metal sheet having a thickness of less than 3.00 mm
  • a sheet may also be present as a foil having a thickness of less than 60 pm
  • Sheet metal may consist in particular of metallic materials such as steel, copper and / or aluminum.
  • metal refers in particular to chemical elements whose atoms combine with one another to form a freely mobile electron crystal structure (metallic bond)
  • Metals are understood to be in particular heavy metals, light metals, precious metals, base metals and / or semimetals and their alloys
  • a metal may be in solid and / or liquid form
  • metals are iron, nickel, copper, chromium, aluminum and titanium
  • alloys are iron-nickel (FeNi, chromium-nickel (CrNi) and chromium-nickel Molybdenum (CrNiMo).
  • the "material thickness” indicates in particular the thickness of the sheet, in which case in particular, that material thickness is understood which is aligned perpendicular to the surface of the sheet.
  • material thickness is understood to mean the dimension which is smaller in relation to the length dimensions of a surface of the metal sheet, wherein the metal sheet has a substantially larger surface on an upper side and a lower side than on the surfaces determining the material thickness. If a metal sheet is horizontal, then the material thickness is understood in particular to be the vertical material thickness, which may be referred to in particular as the edge height.
  • length dimension is understood to mean, in particular, the longest length of the sheet in one orientation, In particular, the length dimension is understood to mean the distance between an edge and the opposite edge of a surface of the sheet.
  • area of a sheet is understood in particular to mean the level which results from the two longest length dimensions (length and width) of the sheet.
  • Topic is understood in particular the side of the sheet, which lies as a surface above and which is particularly visible when the sheet is horizontal as a flat body.
  • the "underside” is in particular the side of a flat, horizontally lying sheet, which points downwards and is therefore not visible in particular.
  • the "surface” is in particular the surface area of the sheet and thus a measure of the size of the surface.
  • Cohesive application means, in particular, that the foreign structure is applied to the surface of the sheet in such a way that the foreign structure and the sheet are held together, in particular, by atomic or molecular forces connected, so that the foreign structure and the sheet can be separated only by destruction at the connection point
  • a cohesive application can be carried out in particular by welding, for example, a weld.
  • a "foreign structure” is, in particular, a material which has a different spatial structure and / or quality than the metal sheet.
  • a foreign structure has, in particular, a different geometric shape, a different material and / or a different type For example, it is a
  • the foreign structure may have one or more different materials, which differ from each other or from the sheet material, so that it is in the manufactured molding to a hybrid or
  • Forming is, in particular, a manufacturing process in which metals / alloys are purposefully plastically converted into another shape.
  • a sheet is converted into a shaped part by forming.
  • the forming process may in particular be a cold forming, in which the sheet is supplied to the forming process in the cold state, for example room temperature, Furthermore, the forming may also be, in particular, hot forging and / or hot forging Sheet is heated to a temperature, for example above the recrystallization temperature of the sheet before forming.
  • a powdery material and / or a liquid material and / or a belt-shaped material and / or a wire-like material is or are used as a foreign structure before or during the application to the metal sheet.
  • a "powdery material” is in particular a very fine bulk material, a powdery material having a particle diameter of, in particular, smaller ⁇ m Likewise, plastic particles, carbon, glass and / or aramid fibers and / or ceramic particles can be used as powdered material.
  • the "strip-shaped material” and / or the “wire-shaped material” may, in particular, be a metal strip and / or a metal wire such as stainless steel, tool steel, aluminum, copper and / or titanium.
  • the cohesive application of the foreign structure is additive and / or generative, in particular by laser deposition welding and / or selective laser sintering.
  • the additive and / or generative application is also economically applicable in the production of unique items, Small series or one-off production of parts with high geometric complexity.
  • additive and / or “generative” is understood in particular to be an additive and / or generative production process in which, in particular based on computer-internal data models from informal (liquids, powders and / or similar substances) or form-neutral (band and / or wire-shaped) materials foreign structures by means of chemical and / or physical processes are applied to the surface of the sheet.
  • the generative and / or additive manufacturing processes include, in particular, selective laser melting and / or laser deposition welding and / or selective laser sintering. While in the additive method, in particular, additional layers are built up, additional properties are additionally generated in particular by generative methods.
  • laser deposition welding in particular, a surface application to a workpiece takes place by means of melting and simultaneous application of a material.
  • This material can be present in particular in powder form, for example as metal powder, or as a welding wire and / or sweatband High-power lasers, for example diode lasers or fiber lasers
  • Laser deposition welding can be used in particular for producing layers and / or free-form two- and / or three-dimensional structures.
  • Selective laser sintering is in particular a process for producing spatial structures by sintering from a powdery starting material.
  • Laser sintering is, in particular, a generative layer construction method in which the foreign structure is built up on the sheet layer by layer and by the action of the laser beams arbitrary three-dimensional After applying the powdery foreign structure, the powder bed is melted and / or sintered by driving the laser beam in accordance with the layer structure.
  • the sheet is structured locally.
  • structures can be applied locally to the sheet metal, such as, for example, ribbing, which subsequently leads to an increase in the stiffness of the molded part after forming.
  • functional structures such as gears can be applied to the sheet.
  • the structuring extends the design options by local material application on the sheet.
  • the forming behavior is specifically influenced by the applied foreign structure.
  • the forming behavior can be specifically influenced by the shape and / or the type and / or the properties of the applied foreign structure.
  • the object is achieved by a molded part, wherein the molded part is manufactured according to a method described above and the molded part is created by the forming.
  • a molded part can be made of a hybrid and / or composite material.
  • a molded part can be specifically strengthened locally, for example at weak points which are known for thinning and / or tearing or fraying. Consequently, the durability and durability of the molded article are increased.
  • the molding can be tailored to the zeck and the loads and made variable in its properties.
  • that can Molded part can be produced economically even in small quantities.
  • the molded part has a specific structure and / or graded properties after being deformed by a foreign structure applied before forming, whereby the molded part has specific strength properties and / or a specific stiffness properties.
  • the desired properties of the molded part can be selectively produced.
  • the applied foreign structure has a specific structure and / or graded properties, which give the component specific strength and / or stiffness properties.
  • the molded part has graded properties, which means that a property such as the strength or also the transition between two materials forms continuously and / or homogeneously over the surface of the molded part. This avoids, for example, that a crack occurs at the transition between two materials during the forming or during the subsequent use of the molded part. Thus, stable properties of the molding can be achieved.
  • the molded part has a hybrid material and / or a composite material.
  • parts of the molded part which are subjected to lower loads, are made of aluminum, while heavily loaded points can be made of steel or even titanium.
  • hybrid material is in particular a compound of two or more components, which in particular belong to different material groups
  • Hybrid material may in particular be a combination of metallic and ceramic, ceramic and polymeric or polymeric and metallic components.
  • a hybrid material has a structure as
  • Layer composite with at least two materials different main groups which is macroscopically homogeneous, microscopic and / or quasi-homogeneous or heterogeneous.
  • a "composite material” (also referred to as a composite material) is in particular a material made of two or more bonded materials which has different material properties than its individual components.These materials are particularly present on a macroscopic scale
  • a composite material may in particular be a particle composite material, fiber composite material, layer composite material, interpenetration composite material and / or structural composite material.
  • the materials in the composite material may in particular be polymers (plastics), metallic, ceramic and / or organic materials.
  • the object is achieved by a tool for forming a sheet for manufacturing a molded part according to a method described above, wherein the tool transforms a sheet with an applied foreign structure such that after forming a molded part with a targeted Structure and / or graded properties is present.
  • an optimal deformation of the foreign structure and / or the sheet can be made into a molded part.
  • the design of the tool may or may affect the subsequent structure and / or shape and / or properties of the molding.
  • the tool is set up such that the applied foreign structure during forming is completely free of contact with the tool or partially in contact with the tool or completely in contact with the tool.
  • the applied foreign structure is completely free of contact with the tool, which means that the foreign structure is not pressed, the applied foreign structure remains largely in its form. This is desirable, for example, if during the application of the foreign structure specifically functional structures such as gears were produced, which should not be changed by the pressing.
  • the object is achieved by a press with a tool, which is set up in such a way that the step of forming can be carried out according to a previously described method, wherein the tool is set up in such a way that by forming the sheet metal with the applied foreign structure, the molding is created.
  • the sheet previously prefabricated with an applied foreign structure can be transferred into a desired shaped part.
  • the press with the tool is designed so that on the one hand the desired shape is achieved and on the other hand locally the desired properties are set.
  • a surface with applied foreign structure is pressed on the sheet with a same force as a surface free of applied foreign structure of the sheet during pressing or becomes a surface with applied foreign structure on the sheet with a smaller or larger Force as a surface exposed to applied foreign structure of the sheet applied.
  • the size of a press depends on the maximum pressing force which is to be effectively applied at one operating point. Due to the design and shape of the tool is determined at which point locally, which force acts. In places where the sheet is to be formed with the applied foreign structure, the tool is in contact with the sheet metal with the applied foreign structure during pressing accordingly. By different deformation of the foreign structure and the sheet graded properties of the molded part can be generated. The foreign structure can not even be reshaped, this is useful, for example, if the foreign structure functional structures such as gears have been applied to the sheet, which should retain their shape during forming. In this case, the foreign structure remains free from forming.
  • the reshaping of the foreign structure and the sheet and the forces applied thereby can be adapted specifically and locally to the desired shape changes and / or the desired changes in properties.
  • Figure 1 is a schematic representation of
  • Figure 2 is a schematic representation of the
  • a pre-cut steel sheet 101 has a cutout for a door lock 102 and a cutout for a window 103.
  • a subsequent additive processing step 110 twelve spot welds 104 are placed around the cutout for the door lock 102 as additively applied foreign structures on the prefabricated metal sheet 101.
  • the deep-drawn car door 121 is formed by deep drawing 112.
  • This reinforcement prevents it at the cutout for the door lock 102 to a tearing and / or fraying during deep drawing and in the later use of the car door of a manufactured car comes.
  • a steel sheet 201 has a width 202 and a length 203. By the width 202 and the length 203, the corresponding surface is formed, which is visible as the top ( Figure 2a).
  • an aluminum structure 204 is applied to the sheet 201 in a respective predetermined region by application of aluminum particles, a titanium structure 205 by application of titanium particles, and again an aluminum structure 206 by application of aluminum particles.
  • the aluminum and titanium particles are applied by laser cladding 210 so that continuous transitions occur both with the sheet 201 and between the aluminum structure 204, the titanium structure 205 and the aluminum structure 206 to each other.
  • the sheet 201 with the applied foreign structures 204, 205 and 206 is deformed by pressing 212 to a pressed B-pillar 221.
  • graded reinforcement of the pressed B-pillar is achieved in region 207, where previously the titanium particles have been applied.
  • the graded reinforcement 207 transitions steadily down and up to a region of lesser reinforcement where the aluminum particles have previously been deposited.
  • the pressed B-pillar 221 has in the central region 207, where usually a Weak point exists, thus a gain on and can be exposed to higher loads.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Formteils (121, 221), bei welchem ein Blech (101, 201) bearbeitet wird, wobei das Blech (101, 201) ein Metall aufweist und ein flächiger Grundkörper mit einer Materialdicke ausbildet, welche im Bezug zu den Längenabmessungen (202, 203) einer Fläche des Bleches (101, 201) geringer ist, wobei das Blech (101, 201) an einer Oberseite und einer Unterseite jeweils eine größere Oberfläche aufweist als an den die Materialdicke bestimmenden Oberflächen, mit folgenden Schritten: - stoffschlüssiges Aufbringen (110, 210) einer Fremdstruktur (104, 204, 205, 206) auf eine.Oberfläche des Bleches (101,201) und - Umformen (112, 212) des Bleches (101, 201) nach dem Aufbringen der Fremdstruktur, sodass nach dem Umformen das Formteil (121, 221) vorliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Formteil (121, 221), ein Werkzeug und eine Presse mit einem Werkzeug.

Description

Verfahren zum Fertigen eines Formteils, Formteil, Werkzeug und Presse mit einem Werkzeug
[Ol] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Formteils, bei welchem ein Blech bearbeitet wird, wobei das Blech ein Metall aufweist und ein flächiger Grundkörper mit einer Materialdicke ausbildet, welche in Bezug zu den Längenabmessungen einer Fläche des Bleches geringer ist, wobei das Blech an einer Oberseite und einer Unterseite jeweils eine größere Oberfläche aufweist als an den die Materialdicke bestimmenden Oberflächen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Formteil und eine Presse mit einem Werkzeug.
[02] Bleche sind insbesondere flache Walzwerkfertigprodukte aus Metall, welche üblicherweise als Tafeln und/oder Rollen
(Coils) ausgeliefert werden. Bleche werden in der Fertigung in verschiedensten Industriezweigen wie beispielsweise im Automobilbau, Haushaltsgerätebau, Schiffbau und
Maschinenbau eingesetzt. Die aus Blechen gefertigten Bauteile unterliegen je nach Einsatzzweck unterschiedlichen lokalen Belastungen.
[03] Zudem besteht im Sinne des Leichtbaus und damit einhergehender Energieeinsparung ein zunehmender Bedarf an Verbundwerkstoffen. Nachteilig ist bei Verbundwerkstoffen ein abrupter Übergang zwischen den verschiedenen Werkstoffen, da mechanische Belastungen häufig zu Problemen an den WerkstoffÜbergängen führen. [04] Folglich besteht ein Bedarf an Blechen mit kontinuierlichen Eigenschaftsprofilen, welche sich gezielt für bestimmte Anwendungen konfektionieren lassen. Werkstoffe mit flexibel auslegbaren Eigenschaften werden auch als Werkstoffe mit gradierten Eigenschaften bezeichnet .
[05] Zur Einstellung gradierter Bauteileigenschaften werden industriell ausgehend von Blechteilen bislang die nachfolgenden, unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren angewendet .
[06] Bei einem Verfahren wird eine maßgeschneiderte Blechplatine verwendet, welche üblicherweise aus verschiedenen Werkstoffgüten und/oder Blechdicken zusammengesetzt ist (Tailored Blank) . Dieses vorgefertigte Halbzeug wird anschließend beispielsweise durch Tiefziehen zum gewünschten Bauteil umgeformt.
[07] Beim Tailored Welded Blank werden die einzelnen Blechplatinen aneinandergeschweißt , welches in der Regel mittels Laserschweißen erfolgt. Somit werden über einen flächigen Verbund von Blechen unterschiedlicher Abmessungen und/oder unterschiedlicher Werkstoffe nach einem Umformen die gradierten Bauteileigenschaften erzielt.
[08] Ebenfalls lassen sich die gradierten
Bauteileigenschaften durch ein verschieden gewalztes Blechband erreichen. Beim Tailor Roiled Blank werden hierzu durch Auf- und Abfahren der Walzen unterschiedliche Blechdicken eines Blechbandes erzeugt, wodurch homogene und/oder stetige Übergänge zwischen zwei Dicken erzielt werden können. Nachteilig ist hier, dass lediglich ein Werkstoff eingesetzt wird.
[09] Allgemein ist nachteilig bei oben genannten
Verfahren, dass Bleche aus verschiedenen Materialien und/oder verschiedenen Blechdicken flächig zusammengesetzt werden. Beim anschließenden Umformen zum Formteil und/oder der späteren Benutzung des Formteils besteht die Gefahr, dass die zusammengesetzten Bleche insbesondere an den Übergangsstellen reißen und aufgrund des flächigen Ansatzes mehr Material (Werkstoff) erforderlich ist.
[10] Zudem können durch die Umformung bestimmte Schwachstellen im Bauteil auftreten, an denen bevorzugt Ausdünnungen und/oder Ausfransungen und/oder Ausreißungen lokal auftreten können. Eine solche Schwachstelle ist beispielsweise der Türschlossbereich einer zu fertigenden Autotür .
[11] Den oben genannten Verfahren sind bezüglich dieser Schwachstellen Grenzen gesetzt, da eine Anpassung an lokale Belastungen lediglich über die Werkstoffwähl des Bleches oder die Blechdicke erfolgen kann.
[12] Die EP 0 911 426 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, bei dem auf einen Grundkörper, beispielsweise ein Blech, durch thermisches Spritzen ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff flächig aufgetragen wird, ohne dass die Pulverpartikel geschmolzen werden und ohne dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen zwei Werkstoffen hergestellt wird. Anschließend wird der beschichtete Grundkörper umgeformt und der Grundkörper entfernt .
[13] In der DE 44 19 652 AI wird zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens, der Festigkeit und insbesondere der Diagonalsteifigkeit von Leichtbauteilen sowie zur Verbesserung der Herstellung von Leichtbauteilen mit dreidimensional verformten Bleichen aus einem plattenförmigen Formelement, welches wenigsten bereichsweise eine dreidimensionale Struktur aufweist, die in wenigstens zwei in der Ebene des plattenförmigen Formelementes in einem Winkel zu einander liegenden Richtungen durchbrochen ist vorgeschlagen, dass Teilflächen der strukturierten Bereiche mit unterschiedlichen Strukturen versehen sind, die dem für die jeweilige Teilfläche beabsichtigten Hauptverformungsgrad angepasst sind .
[14] Gemäß der DE 10 2004 051 848 B3 wird ein Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Blechstrukturen, durch das eine mehrlagige Blechstruktur, bestehend aus zumindest einem Grundblech und zumindest einem Verstärkungsblech, hergestellt wird, wobei das Verstärkungsblech mit dem Grundblech durch ein Fügeverfahren verbunden wird und eine Umformfestigkeit der mehrlagigen Blechstruktur in einem Randbereich und/oder einem Mittenbereich des
Verstärkungsblechs geringer ist als im übrigen Bereich des Verstärkungsblechs und die mehrlagige Blechstruktur anschließend durch ein Umformverfahren umgeformt wird und eine mehrlagige Blechstruktur, die vorzugsweise durch das vorgenannte Verfahren hergestellt wird vorgeschlagen. [15] In der EP 0 911 426 Bl wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen vorgeschlagen, wobei ein Grundkörper durch thermisches spritzen beschichtet wird, wobei ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff mittels eines Gases auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers geleitet wird, ohne dass die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl geschmolzen werden und dass der Grundkörper durch aufspritzen auf eine gewünschte Dicke verstärkt wird, wobei der Grundkörper eine geringere Dicke aufweist als die durch thermische Spritzen aufgespritzte Schicht .
[16] Aufgrund der genannten Verfahren und Nachteile ist es praktisch nur sehr eingeschränkt möglich, gradierte Eigenschaften eines Bauteils über die Vorkonfektionierung eines Bleches zu erzeugen.
[17] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[18] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Fertigen eines Formteils, bei welchem ein Blech bearbeitet wird, wobei das Blech ein Metall aufweist und ein flächiger Grundkörpermit einer Materialdicke ausbildet, welche in Bezug zu den Längenabmessungen einer Fläche des Bleches geringer ist, wobei das Blech an einer Oberseite und einer Unterseite jeweils eine größere Oberfläche aufweist als den die Materialdicke bestimmenden Oberflächen, mit folgenden Schritten : - stoffschlüssiges Aufbringen einer Fremdstruktur auf eine Oberfläche des Bleches und
- Umformen des Bleches nach dem Aufbringen der Fremdstruktur, sodass nach dem Umformen das Formteil vorliegt .
[19] Durch das gezielte, stoffschlüssige Aufbringen einer Fremdstruktur auf die Oberfläche eines Bleches wird das Blech insbesondere derart vorkonfektioniert, dass nach einer Umformung das Blech gradierte Eigenschaften erhalten hat. Dadurch wird eine flexible Konfektionierung von Blechen vor dem Umformen ermöglicht.
[20] Insbesondere können unterschiedliche Werkstoffkombinationen verwendet und vor allem eine Fremdstruktur mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften auf die Oberfläche des Bleches stoffschlüssig aufgebracht werden. Folglich werden dadurch die Materialdicke, die WerkstoffZusammensetzung und/oder die Oberflächenstruktur des Bleches beeinflusst.
[21] Durch Art des stoffschlüssigen Aufbringens der Fremdstruktur wird eine flexible Bauteilgestaltung ermöglicht. Insbesondere werden optimierte
Formteileigenschaften durch das stoffschlüssige Aufbringen einer Fremdstruktur gezielt entsprechend der Verwendung des Formteils und dessen lokalen Belastungen eingestellt. Somit werden sehr gezielt und lokal die Eigenschaften durch Aufbringen von Strukturen verbessert. [22] Dadurch, dass insbesondere keine großflächige Überlappung von zwei Werkstoffen zur Ausbildung der Struktur notwendig ist, sondern der zweite Werkstoff sehr lokal eingesetzt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren material- und ressourcenschonend.
[23] Es ist insbesondere vorteilhaft, dass dadurch bekannte Schwachstellen, an denen bei oder nach der Umformung Beschädigungen wie Ausdünnungen, Ausfransungen und/oder Ausreißungen am Formteil entstehen können, verhindert werden .
[24] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass die Bauteil- und Umformeigenschaften von Blechen nach Aufbringen einer stoffschlüssigen Fremdstruktur auf die Oberfläche des Bleches durch Kombination von strukturierter Gradierung und Umformung erreicht werden.
[25] Somit können nicht nur die Eigenschaften des zu fertigenden Formteiles, sondern auch der Umformungsprozess selber beeinflusst und/oder verbessert werden. Des Weiteren können die Formänderungseigenschaften erweitert werden.
[26] Dadurch treten weniger Formteile mit Fertigungsfehlern auf, sodass die Produktivität erhöht und die Kosten gesenkt werden können. Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[27] Unter „Formteil" wird insbesondere ein Werkstück verstanden, welches durch gezieltes Umformen eines Bleches aufgrund einer Formänderung plastisch entsteht. Somit ist ein Formteil insbesondere ein Bauteil mit fast fertigen oder fertigen Werkstückformen und/oder Werkstückgeometrien. [28] Ein „Blech" ist insbesondere ein flaches Walzwerkfertigprodukt aus Metall, welches insbesondere als Tafel und/oder Rolle (coil) vorliegt. Insbesondere ist ein Blech ein flächiger Grundkörper und/oder ein flaches Gebilde. Ein Blech kann insbesondere aus einem einzelnen Blech oder aus mehreren verbundenen Blechen und/oder mehreren miteinander gefügten Blechen und/oder einer Blechplatine bestehen. Somit kann ein Blech insbesondere auch als Tailor Welded and Tailor Bonded Blanks vorliegen. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Feinblech mit einer Dicke von kleiner 3,00mm handeln und/oder um ein Grobblech mit einer Dicke größer gleich 3,00mm. Insbesondere kann ein Blech auch als Folie mit einer Dicke von unter 60pm vorliegen. Bleche können insbesondere aus metallischen Werkstoffen wie Stahl, Kupfer und/oder Aluminium bestehen.
[29] Als „Metall" werden insbesondere chemische Elemente bezeichnet, deren Atome sich untereinander zu einer Kristallstruktur mit frei beweglichen Elektronen verbinden (metallische Bindung) . Unter Metalle werden hier insbesondere Schwermetalle, Leichtmetalle, Edelmetalle, Unedelmetalle und/oder Halbmetalle sowie deren Legierungen verstanden. Ein Metall kann insbesondere in fester und/oder flüssiger Form vorliegen. Beispiele für Metalle sind Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Aluminium und Titan sowie Beispiele für Legierungen sind Eisen-Nickel (FeNi, Chrom-Nickel (CrNi) und Chrom-Nickel-Molybdäm (CrNiMo) .
[30] Die „Materialdicke" (auch Materialstärke genannt) gibt insbesondere die Dicke des Bleches an, wobei hierbei insbesondere diejenige Materialdicke verstanden wird, welche senkrecht zur Fläche des Bleches ausgerichtet ist. Insbesondere wird unter Materialdicke die Abmessung verstanden, welche in Bezug zu den Längenabmessungen einer Fläche des Bleches geringer ist, wobei das Blech an einer Oberseite und einer Unterseite jeweils eine wesentlich größere Oberfläche aufweist als an den die Materialdicke bestimmenden Flächen. Liegt ein Blech horizontal, so wird unter der Materialdicke insbesondere die vertikale Materialstärke verstanden, welche insbesondere auch als Kantenhöhe bezeichnet werden kann.
[31] Unter „Längenabmessung" wird insbesondere die längste Länge des Bleches in einer Ausrichtung verstanden. Insbesondere wird als Längenabmessung der Abstand zwischen einer Kante und der gegenüberliegenden Kante einer Fläche des Bleches verstanden.
[32] Unter „Fläche" eines Bleches wird insbesondere die Ebene verstanden, welche sich durch die beiden längsten Längenabmessungen (Länge und Breite) des Bleches ergibt.
[33] Unter „Oberseite" wird insbesondere die Seite des Bleches verstanden, welche als Fläche oben liegt und welche insbesondere deshalb sichtbar ist, wenn das Blech als flächiger Grundkörper horizontal liegt.
[34] Die „Unterseite" ist insbesondere die Seite eines flachen, horizontal liegenden Bleches, welche nach unten weist und dadurch insbesondere nicht sichtbar ist. [35] Die „Oberfläche" ist insbesondere der Flächeninhalt des Bleches und somit ein Maß für die Größe der Fläche.
[36] „Stoffschlüssiges Aufbringen" bedeutet insbesondere, dass die Fremdstruktur auf die Oberfläche des Bleches so aufgebracht wird, dass die Fremdstruktur und das Blech insbesondere durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Durch das stoffschlüssige Aufbringen werden die Fremdstruktur und das Blech insbesondere nicht lösbar verbunden, sodass sich die Fremdstruktur und das Blech nur durch Zerstörung an der Verbindungsstelle trennen lassen. Ein stoffschlüssiges Aufbringen kann insbesondere durch Schweißen beispielsweise einer Schweißnaht erfolgen.
[37] Eine „Fremdstruktur" ist insbesondere ein Werkstoff, welcher eine andere räumliche Struktur und/oder Beschaffenheit als das Blech aufweist. Eine Fremdstruktur weist insbesondere eine andere geometrische Gestalt, ein anderes Material und/oder eine andere Bauart auf. Bei einer Fremdstruktur kann es sich beispielsweise um einen
(aufgedruckten) T-Träger, Doppel-T-Träger, eine Verrippung oder einen Schweißpunkt handeln, welcher stoffschlüssig auf das Blech aufgebracht wird. Insbesondere kann die Fremdstruktur einen oder mehrere unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, welche sich voneinander oder von dem Blechwerkstoff unterscheiden, sodass es sich bei dem gefertigten Formteil um einen Hybrid- oder
Verbundwerkstoff-Bauteil handelt . [38] „Umformen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem Metalle/Legierungen gezielt plastisch in eine andere Form gebracht werden. Insbesondere wird ein Blech durch Umformen in ein Formteil überführt. Beim Umformen kann es sich insbesondere um Tiefziehen und/oder Pressen handeln. Beim Umformen kann es sich insbesondere um ein Kaltumformen handeln, bei dem das Blech im kalten Zustand, beispielsweise Raumtemperatur, dem Umformprozess zugeführt wird. Des Weiteren kann es sich beim Umformen auch insbesondere um ein Halbwarmumformen und/oder ein Warmumformen handeln, wobei bei letzterem das Blech vor dem Umformen auf eine Temperatur beispielsweise über der Rekristallisationstemperatur des Bleches erwärmt wird.
[39] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens zum Fertigen eines Formteils wird oder werden als Fremdstruktur ein pulverförmiges Material und/oder ein flüssiges Material und/oder ein bandförmiges Material und/oder ein drahtförmiges Material vor oder während des Aufbringens auf das Blech verwendet.
[40] Durch Verwenden und Aufbringen des Materials in unterschiedlichen Zuständen (pulverförmig, fest, flüssig) und unterschiedlichen Formen (u. a. bandförmig, drahtförmig) kann ein optimales Vorkonfektionieren und Strukturieren des Bleches erzielt werden.
[41] Insbesondere können lokal unterschiedliche Materialien und somit unterschiedliche Strukturen auf das Blech stoffschlüssig aufgebracht werden. Dadurch können durch die unterschiedlichen Materialien und die einzelnen Materialeigenschaften gezielte Eigenschaften in das spätere Formteil eingebracht werden.
[42] Durch diese Vorkonfektionierung eines Bleches lässt sich in einfacher Weise das spätere Formteil als Hybrid- und/oder Verbundwerkstoff fertigen.
[43] Ein „pulverförmiges Material" ist insbesondere ein sehr feines Schüttgut. Ein pulverförmiges Material weist einen Partikeldurchmesser von insbesondere kleiner ΙΟΟμπι auf. Bei dem pulverförmigen Material kann es sich insbesondere um Aluminium-, Edelstahl-, Werkzeugstahl- und/oder Titanpartikel mit oder ohne Bindemittel handeln. Ebenso können Kunststoffpartikel , Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern und/oder Keramikpartikel als pulverförmiges Material eingesetzt werden.
[44] Bei dem „bandförmigen Material" und/oder dem „drahtförmigen Material" kann es sich insbesondere um ein Metallband und/oder einen Metalldraht wie beispielsweise aus Edelstahl, Werkzeugstahl, Aluminium, Kupfer und/oder Titan handeln.
[45] Um eine feste Verbindung zwischen der Fremdstruktur und dem Blech zu erreichen, erfolgt das stoffschlüssige Aufbringen der Fremdstruktur additiv und/oder generativ, insbesondere durch Laserauftragsschweißen und/oder selektives Lasersintern.
[46] Durch das additive und/oder generative Aufbringen der Fremdstruktur sind neben der Fremdstruktur selbst keine speziellen formgestaltenden Werkzeuge erforderlich, welche die jeweilige Geometrie des Formstücks gespeichert haben müssten .
[47] Dadurch ist eine schnelle und kostengünstige Aufbringung der Fremdstruktur auf dem Blech möglich. Zudem kann die Aufbringung der Fremdstruktur sehr flexibel und individuell für jedes Blech erfolgen.
[48] Es ist vorteilhaft, dass das Aufbringen der Fremdstruktur auf Basis rechnerinterner Datenmodelle direkt aus der Fremdstruktur mittels eines chemischen und/oder physikalischen Prozesses erfolgt.
[49] Neben dem Aufbringen der Fremdstruktur kann gleichzeitig insbesondere durch ein generatives Aufbringen eine Strukturierung beispielsweise Verrippung auf der Blechoberfläche erzeugt werden.
[50] Dadurch, dass das stoffschlüssige Aufbringen der Fremdstruktur durch ein additives und/oder generatives Verfahren erfolgt, wird in einfacher Weise eine feste Verbindung zwischen der Fremdstruktur und dem Blech erzielt und werden gleichzeitig lokale Strukturierungen aufgebracht .
[51] Durch das additive und generative Aufbringen wird das Fremdmaterial aufgeschmolzen und/oder unlösbar verbunden, welches für die spätere Formteilfertigung durch Umformen notwendig ist.
[52] Das additive und/oder generative Aufbringen ist ökonomisch auch einsetzbar bei der Fertigung von Unikaten, Kleinserien oder Einzelfertigung von Teilen mit hoher geometrischer Komplexität.
[53] Unter „additiv" und/oder „generativ" wird insbesondere ein additives und/oder generatives Fertigungsverfahren verstanden, bei denen insbesondere auf Basis von rechnerinternen Datenmodellen aus formlosen (Flüssigkeiten, Pulver und/oder ähnlichen Stoffen) oder formneutralen (band- und/oder drahtförmigen) Materialien Fremdstrukturen mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse auf die Oberfläche des Bleches aufgebracht werden. Zu den generativen und/oder additiven Fertigungsverfahren gehören insbesondere das selektive Laserschmelzen und/oder Laserauftragsschweißen und/oder selektive Lasersintern. Während bei den additiven Verfahren insbesondere zusätzliche Schichten aufgebaut werden, werden insbesondere durch generative Verfahren zusätzlich noch weitere Eigenschaften erzeugt.
[54] Beim „Laserauftragsschweißen" erfolgt insbesondere ein Oberflächenauftrag auf ein Werkstück mittels Aufschmelzen und gleichzeitigem Aufbringen eines Materials. Dies Material kann insbesondere in Pulverform, beispielsweise als Metallpulver, oder als ein Schweißdraht und/oder Schweißband vorliegen. Als Wärmequelle dient beim Laserauftragschweißen insbesondere ein Laser mit hoher Leistung, beispielsweise Diodenlaser oder Faserlaser. Das Laserauftragschweißen kann insbesondere zum Erzeugen von Schichten und/oder freigeformtem zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen eingesetzt werden. [55] „Selektives Lasersintern" ist insbesondere ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen. Lasersintern ist insbesondere ein generatives Schichtbauverfahren, bei dem die Fremdstruktur auf das Blech Schicht für Schicht aufgebaut wird und durch die Wirkung der Laserstrahlen beliebige dreidimensionale Geometrien der Fremdstruktur erzeugt werden. Nach Aufbringen der pulverförmigen Fremdstruktur wird durch eine Ansteuerung des Laserstrahls entsprechend der Schichtstruktur das Pulverbett eingeschmolzen und/oder gesintert.
[56] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Fertigen eines Formteils wird das Blech lokal strukturiert.
[57] Dadurch können lokal auf das Blech Strukturen aufgebracht werden, wie beispielsweise Verrippungen, welche später zu einer Steifigkeitssteigerung des Formteiles nach der Umformung führen. Des Weiteren können auch funktionale Strukturen wie beispielsweise Verzahnungen an das Blech aufgebracht werden.
[58] Neben der Einstellung der gradierten Eigenschaften des späteren Formteils erweitert das Strukturieren die Gestaltungsmöglichkeiten durch lokale Werkstoffauftragung auf das Blech.
[59] Damit kann bereits bei der Vorkonfektionierung des Bleches auch eine weitere Formgestaltung des Bleches durchgeführt werden. [60] Unter „Strukturieren" wird das gezielte Erzeugen einer geometrischen Struktur der Fremdstruktur und/oder des Bleches verstanden.
[61] Um größtmögliche Flexibilität bei der Fertigung des Formteils zu erzielen und um beständige Hybrid- und/oder Verbundbauteile und/oder Verbundformteile zu fertigen, wird das Umformverhalten durch die aufgebrachte Fremdstruktur gezielt beeinflusst.
[62] Insbesondere dadurch kann das Umformverhalten durch die Form und/oder die Art und/oder die Eigenschaften der aufgebrachten Fremdstruktur gezielt beeinflusst werden.
[63] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Formteil, wobei das Formteil nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist und durch das Umformen das Formteil erstellt ist.
[64] Somit kann ein Formteil aus einem Hybrid- und/oder Verbundwerkstoff gefertigt werden.
[65] Dadurch kann ein Formteil gezielt lokal verstärkt werden, beispielsweise an Schwachstellen, welche für Ausdünnungen und/oder Einreißen oder Ausfransen bekannt sind. Folglich wird die Beständigkeit und Lebensdauer des Formteils erhöht.
[66] Insbesondere kann das Formteil gezielt dem Einsatzzeck und den Belastungen angepasst werden und in seinen Eigenschaften variabel gefertigt werden. Zudem kann das Formteil auch in geringen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden.
[67] In einer weiteren Ausführungsform des Formteils weist das Formteil durch eine vor einem Umformen aufgebrachte Fremdstruktur nach dem Umformen eine gezielte Struktur und/oder gradierte Eigenschaften aufweist, wodurch das Formteil gezielte Festigkeitseigenschaften und/oder eine gezielte Steifigkeitseigenschaften aufweist.
[68] Dadurch können durch das Aufbringen der Fremdstruktur nach dem Umformen die gewünschten Eigenschaften des Formteils gezielt gefertigt werden.
[69] Insbesondere weist nach dem Umformen die aufgebrachte Fremdstruktur eine gezielte Struktur und/oder gradierte Eigenschaften auf, welche dem Bauteil gezielte Festigkeitsund /oder Steifigkeitseigenschaften verleihen.
[70] Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Formteil gradierte Eigenschaften aufweist, dass bedeutet, dass sich eine Eigenschaft wie beispielsweise die Festigkeit oder auch der Übergang zwischen zwei Materialien stetig und/oder homogen über die Fläche des Formteils ausbildet. Dadurch wird beispielsweise vermieden, dass am Übergang zwischen zwei Materialien während der Umformung oder während der späteren Verwendung des Formteils ein Riss auftritt. Somit können beständige Eigenschaften des Formteils erzielt werden . [71] Um einen Leichtbau zu ermöglichen und Energie einzusparen, weist das Formteil einen Hybridwerkstoff und/oder einen Verbundwerkstoff auf.
[72] Dadurch können beispielsweise Teile des Formteils, welche geringeren Belastungen ausgesetzt sind, aus Aluminium gefertigt werden, während hochbelastete Stellen aus Stahl oder sogar aus Titan gefertigt werden können.
[73] Somit ist es beispielsweise auch möglich, dass Formteile aus einem Hybridwerkstoff wie faserverstärktem Aluminium zu fertigen.
[74] Insbesondere kann durch Aufbringen der Fremdstruktur auf das Blech aufgrund des stoffschlüssigen Verbindens ein Verbundwerkstoff aus diesen beiden Materialien erzeugt werden, welcher andere Eigenschaften als die Fremdstruktur und das Blech jeweils alleine aufweisen.
[75] Somit kann am Übergang zwischen der Fremdstruktur und dem Blech durch die feste Verbindung zu einem Verbundwerkstoff gezielt eine Festigkeitssteigerung und/oder Steifigkeitssteigerung erfolgen.
[76] Ein „Hybridwerkstoff" ist insbesondere eine Verbindung von zwei oder mehreren Komponenten, welche insbesondere verschiedenen Werkstoffgruppen angehören. Ein
Hybridwerkstoff kann insbesondere eine Kombination aus metallischen und keramischen, keramischen und polymeren oder polymeren und metallischen Bestandteilen sein. Ein Hybridmaterial zeigt insbesondere einen Aufbau als
Schichtverbund mit mindestens zwei Werkstoffen verschiedener Hauptgruppen, welcher makroskopisch homogen, mikroskopisch und/oder quasihomogen oder heterogen ist.
[77] Ein „Verbundwerkstoff" (auch Kompositwerkstoff genannt) ist insbesondere ein Werkstoff aus zwei oder mehreren verbundenen Materialien, welcher andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten. Diese Materialien liegen insbesondere im makroskopischen Maßstab vor. Für die Eigenschaft eines Verbundwerkstoffes sind insbesondere stoffliche
Eigenschaften und Geometrien der Komponenten entscheidend. Bei einem Verbundwerkstoff kann es sich insbesondere um einen Teilchenverbundwerkstoff, Faserverbundwerkstoff, Schichtverbundwerkstoff , Durchdringungsverbundwerkstoff und/oder Strukturverbundwerkstoff handelt. Bei den Materialien im Verbundwerkstoff kann es sich insbesondre um Polymere (Kunststoffe), metallische, keramische und/oder organische Werkstoffe handeln.
[78] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch Werkzeug zum Umformen eines Bleches zum Fertigen eines Formteils nach einem zuvor beschriebenen Verfahren, wobei das Werkzeug ein Blech mit einer aufgebrachten Fremdstruktur derart umformt, dass nach dem Umformen ein Formteil mit einer gezielten Struktur und/oder gradierten Eigenschaften vorliegt.
[79] Durch gezieltes Anpassen des Werkzeuges an die aufgebrachte Fremdstruktur kann ein optimales Umformen der Fremdstruktur und/oder des Bleches zu einem Formteil erfolgen . [80] Somit kann oder können durch die Ausbildung des Werkzeuges die spätere Struktur und/oder Form und/oder Eigenschaften des Formteils beeinflusst werden.
[81] Um gezielt die Eigenschaften des Bleches mit der aufgebrachten Fremdstruktur einzustellen und/oder die aufgebrachte Fremdstruktur in ihrer Form bestehen zu lassen, ist das Werkzeug derart eingerichtet ist, dass die aufgebrachte Fremdstruktur beim Umformen gänzlich frei von einem Kontakt mit dem Werkzeug ist oder teilweise in einem Kontakt mit dem Werkzeug ist oder vollständig in einem Kontakt mit dem Werkzeug ist.
[82] Je nach Art des Kontaktes mit dem Werkzeug wird gezielt die Geometrie und die Eigenschaften der aufgebrachten Fremdstruktur beim Pressen verändert.
[83] Ist die aufgebrachte Fremdstruktur gänzlich frei von einem Kontakt mit dem Werkzeug, das bedeutet, die Fremdstruktur wird nicht gepresst, so bleibt die aufgebrachte Fremdstruktur in ihrer Form weitgehend bestehen. Dies ist beispielsweise gewünscht, wenn während des Aufbringens der Fremdstruktur gezielt funktionale Strukturen wie beispielsweise Verzahnungen hergestellt wurden, welche durch das Pressen nicht verändert werden sollen .
[84] Dagegen ist ein vollständiger Kontakt des Werkzeugs mit der aufgebrachten Fremdstruktur auf dem Blech insbesondere gewünscht, wenn eine gleichartige Verformung erzielt, sehr stetige Übergänge erzeugt und/oder spezielle gradierte Eigenschaften eingestellt werden sollen. Bei letzterem nimmt dann der Pressdruck beispielsweise von der Fremdstruktur beim Übergang zum Blech kontinuierlich ab.
[85] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse mit einem Werkzeug, welche derart eingerichtet ist, dass der Schritt des Umformens nach einem zuvor beschriebenen Verfahren durchführbar ist, wobei das Werkzeug derart eingerichtet ist, dass durch das Umformen aus dem Blech mit der aufgebrachten Fremdstruktur das Formteil erstellbar ist.
[86] Durch eine Presse kann das zuvor mit einer aufgebrachten Fremdstruktur vorkonfektionierte Blech in ein gewünschtes Formteil überführt werden. Hierzu ist die Presse mit dem Werkzeug so ausgeführt, dass zum einen die gewünschte Form erzielt wird und zum anderen gezielt lokal die gewünschten Eigenschaften eingestellt werden.
[87] Durch eine derartige Presse mit einem Werkzeug können zum einen gleiche Formteile mit einer sehr hohen Stückzahl gefertigt werden, zum anderen können aber auch durch Variation des Pressdrucks Formteile mit unterschiedlichen Eigenschaften mit dem gleichen Werkzeug gefertigt werden.
[88] In einer weiteren Ausführungsform der Presse, wird beim Pressen eine Oberfläche mit aufgebrachter Fremdstruktur auf dem Blech mit einer gleichen Kraft wie eine Oberfläche frei von aufgebrachter Fremdstruktur des Bleches beaufschlagt oder wird eine Oberfläche mit aufgebrachter Fremdstruktur auf dem Blech mit einer geringeren oder größeren Kraft als eine Oberfläche frei von aufgebrachter Fremdstruktur des Blechs beaufschlagt. [89] Von der Baugröße einer Presse hängt die maximale Presskraft ab, welche in einem Arbeitspunkt wirksam aufgebracht werden soll. Durch die Ausführung und Form des Werkzeuges wird festgelegt, an welcher jeweiligen Stelle lokal, welche Kraft wirkt. An Stellen, an denen das Blech mit der aufgebrachten Fremdstruktur umgeformt werden soll, steht beim Pressen das Werkzeug entsprechend mit dem Blech mit der aufgebrachten Fremdstruktur in Kontakt. Durch unterschiedliche Umformung der Fremdstruktur und des Bleches können gradierte Eigenschaften des Formteils erzeugt werden. Die Fremdstruktur kann auch gar nicht umgeformt werden, dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn mit der Fremdstruktur funktionelle Strukturen wie beispielsweise Verzahnungen auf das Blech aufgebracht worden sind, die beim Umformen ihre Form behalten sollen. In diesem Fall bleibt die Fremdstruktur frei vom Umformen.
[90] Im Falle einer gezielten Festigkeitssteigerung ist es vorteilhaft, wenn Fremdstruktur und Blech beispielsweise mit einer gleichen Kraft umgeformt werden. Bei einer Fremdstruktur, welche beispielsweise eine höhere Härte als das Blech aufweist, ist es dagegen vorteilhaft, wenn die Fremdstruktur mit einer höheren Kraft als das alleinige Blech beauftragt wird.
[91] Somit kann je nach additiven und/oder generativen Aufbringen das Umformen der Fremdstruktur und des Bleches und die dabei aufgebrachten Kräfte gezielt und lokal an die gewünschten Formveränderungen und/oder die gewünschten Eigenschaftsveränderungen angepasst werden. [92] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung der
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem vorgefertigten Blech (Figur la) bis zu einer umgeformten Autotür (Figur lc) in der Seitenansicht und
Figur 2 eine schematische Darstellung des
Fertigen einer B-Säule (Figur 2c) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einem Blech (Figur 2a) .
[93] Ein vorgeschnittenes Blech 101 aus Stahl weist einen Ausschnitt für ein Türschloss 102 und einen Ausschnitt für ein Fenster 103 auf.
[94] In einem nachfolgenden additiven Verarbeitungsschritt 110 werden um den Ausschnitt für das Türschloss 102 zwölf Schweißpunkte 104 als additiv aufgebrachte Fremdstrukturen auf das vorgefertigte Blech 101 gesetzt.
[95] Anschließend wird durch Tiefziehen 112 die tiefgezogene Autotür 121 geformt. Durch die
Zugdruckumformung führen die Schweißpunkte 104 zu einer Verstärkung des Verbundes der Schweißpunkte 104 mit dem Blech 101 um den Ausschnitt für das Türschloss 102.
[96] Durch diese Verstärkung wird verhindert, dass es am Ausschnitt für das Türschloss 102 zu einem Ausreißen und/oder Ausfransen während des Tiefziehens und bei der späteren Verwendung der Autotür eines gefertigten Autos kommt .
[97] Ein Blech 201 aus Stahl weist eine Breite 202 und eine Länge 203 auf. Durch die Breite 202 und die Länge 203 wird die entsprechende Oberfläche gebildet, welche als Oberseite sichtbar ist (Figur 2a) .
[98] Im nachfolgenden Bearbeitungsschritt des
Laserauftragsschweißen 210 wird auf das Blech 201 in einem jeweils vorgegebenem Bereich eine Aluminiumstruktur 204 durch Aufbringung von Aluminiumpartikeln, eine Titanstruktur 205 durch Aufbringen von Titanpartikeln und wiederum eine Aluminiumstruktur 206 durch Aufbringen von Aluminiumpartikeln erzielt.
[99] Die Aluminium- und Titanpartikel werden durch Laserauftragschweißen 210 so aufgetragen, dass stetige Übergänge sowohl mit dem Blech 201 als auch zwischen der Aluminiumstruktur 204, der Titanstruktur 205 und der Aluminiumstruktur 206 zueinander erfolgen.
[100] Anschließend wird das Blech 201 mit den aufgebrachten Fremdstrukturen 204, 205 und 206 durch Pressen 212 zu einer gepressten B-Säule 221 umgeformt. Dadurch wird in dem Bereich 207 eine gradierte Verstärkung der gepressten B-Säule erzielt, wo zuvor die Titanpartikel aufgebracht worden sind. Die gradierte Verstärkung 207 geht unten und oben stetig in einen Bereich mit einer geringeren Verstärkung über, wo zuvor die Aluminiumpartikel aufgebracht worden sind. Die gepresste B-Säule 221 weist in dem mittleren Bereich 207, wo üblicherweise eine Schwachstelle besteht, somit eine Verstärkung auf und kann höheren Belastungen ausgesetzt werden.
Bezugs zeichenliste
101 vorgeschnittenes Blech
102 Ausschnitt für Türschloss
103 Ausschnitt für Fenster
104 Schweißpunkt als additiv aufgebrachte Fremdstruktur 110 additiver Bearbeitungsschritt
112 Tiefziehen
121 tiefgezogene Autotür
201 Blech
202 Breite
203 Länge
204 Aluminiumstruktur
205 Titanstruktur
206 Aluminiumstruktur
207 gradierte Verstärkung
210 Laserauftragsschweißen
212 Pressen
221 gepresste B-Säule

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Fertigen eines Formteils (121, 221), bei
welchem ein Blech (101, 201) bearbeitet wird, wobei das Blech ein Metall aufweist und ein flächiger
Grundkörpermit einer Materialdicke ausbildet, welche in Bezug zu den Längenabmessungen (202, 203) einer Fläche des Bleches geringer ist, wobei das Blech an einer
Oberseite und einer Unterseite jeweils eine größere
Oberfläche aufweist als an den die Materialdicke
bestimmenden Oberflächen, mit folgenden Schritten:
- stoffschlüssiges Aufbringen (110,210 einer
Fremdstruktur (104, 204, 205, 206) auf eine Oberfläche des Bleches und
- Umformen (112, 212) des Bleches nach dem Aufbringen der Fremdstruktur, sodass nach dem Umformen das Formteil (121, 221) vorliegt.
2. Verfahren zum Fertigen eines Formteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fremdstruktur ein pulverförmiges Material und/oder ein flüssiges Material und/oder ein bandförmiges Material und/oder ein drahtförmiges Material vor oder während des Aufbringens auf das Blech verwendet wird oder werden.
3. Verfahren zum Fertigen eines Formteils nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Aufbringen der Fremdstruktur additiv (110) und/oder generativ erfolgt, insbesondere durch Laserauftragsschweißen (210) .
4. Verfahren zum Fertigen eines Formteils nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Blech lokal strukturiert wird. Verfahren zum Fertigen eines Formteils nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Umformverhalten durch die aufgebrachte Fremdstruktur gezielt beeinflusst wird.
Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefertigt ist, wobei durch das Umformen das Formteil erstellt ist.
Formteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil durch eine vor einem Umformen aufgebrachte Fremdstruktur nach dem Umformen eine gezielte Struktur und/oder gradierte Eigenschaften aufweist, wodurch das Formteil gezielte Festigkeitseigenschaften und/oder eine gezielte Steifigkeitseigenschaften aufweist.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil einen Hybridwerkstoff und/oder einen Verbundwerkstoff aufweist.
Werkzeug zum Umformen eines Bleches zum Fertigen eines Formteils nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Blech mit einer aufgebrachten Fremdstruktur derart umformt, dass nach dem Umformen ein Formteil mit einer gezielten Struktur und/oder gradierten Eigenschaften vorliegt .
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug derart eingerichtet ist, dass die aufgebrachte Fremdstruktur beim Umformen gänzlich frei von einem Kontakt mit den Werkzeug ist oder teilweise in einem Kontakt mit dem Werkzeug ist oder vollständig in einem Kontakt mit dem Werkzeug ist. Presse mit einem Werkzeug, insbesondere Werkzeug nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Presse derart eingerichtet ist, dass der Schritt des Umformens nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug derart eingerichtet ist, dass durch das Umformen aus dem Blech mit der aufgebrachten Fremdstruktur das Formteil erstellbar ist.
Presse mit einem Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Pressen eine Oberfläche mit aufgebrachter Fremdstruktur auf dem Blech mit einer gleichen Kraft wie eine Oberfläche frei von aufgebrachter Fremdstruktur des Bleches beaufschlagt wird oder eine Oberfläche mit aufgebrachter Fremdstruktur auf dem Blech mit einer geringeren oder größeren Kraft als eine Oberfläche frei von aufgebrachter Fremdstruktur des Bleches beaufschlagt wird.
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US15/554,713 US20180078990A1 (en) 2015-03-02 2016-02-22 Method for producing a moulded part, moulded part, tool and press comprising a tool

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DE102015102908.1 2015-03-02

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3516083B1 (de) * 2016-09-20 2024-01-03 Autotech Engineering, S.L. Verstärkung von bauteilen
JP6727095B2 (ja) * 2016-10-17 2020-07-22 三菱重工業株式会社 異種金属接合方法
DE102017216177A1 (de) * 2017-09-13 2019-03-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Zusammenbau-Formteils mittels einer vorkonditionierten Fremdstruktur und Zusammenbau-Formteil

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4307563A1 (en) * 1992-03-12 1993-09-23 Bayerische Motoren Werke Ag Partly double-skinned sheet-metal structure - has reinforcing sections partly secure to main one before deep-drawing or stamping and permanently afterwards
DE4419652A1 (de) 1994-06-04 1995-12-07 Meckenstock H W Kg Plattenförmiges Formelement
DE19524235A1 (de) * 1995-07-04 1997-01-16 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung eines Formteils
EP0911426B1 (de) 1997-10-27 2002-12-18 Linde AG Herstellung von Formteilen
US20030087117A1 (en) * 1997-01-14 2003-05-08 Walter Duley Tailored blank
DE102004051848B3 (de) 2004-10-25 2006-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Blechstrukturen und mehrlagige Blechstruktur
DE102004031797A1 (de) * 2004-07-01 2006-01-26 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Herstellen eines umgeformten, lokal verstärkten Blechbauteils und entsprechendes Blechbauteil
DE102005034308A1 (de) * 2005-07-22 2007-01-25 Volkswagen Ag Verfahren zum Herstellen von Patchverbindungen
DE102010047033B3 (de) * 2010-09-30 2012-03-08 Benteler Automobiltechnik Gmbh Kraftfahrzeug-Formbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19747386A1 (de) * 1997-10-27 1999-04-29 Linde Ag Verfahren zum thermischen Beschichten von Substratwerkstoffen
DE102011086813A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-23 Ford Global Technologies, Llc Einstückiges Blechbauteil für ein Fahrzeug
US20140315040A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 Sikorsky Aircraft Corporation Integrally formed stiffener
DE102014101907A1 (de) * 2014-02-14 2015-08-20 Thyssenkrupp Ag Metallblech mit lokaler metallischer Verstärkung und Verfahren zu dessen Herstellung
US20150314363A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 GM Global Technology Operations LLC Method of forming a vehicle body structure from a pre-welded blank assembly
US10792764B2 (en) * 2014-07-03 2020-10-06 Autotech Engineering S.L. Reinforced structural components

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4307563A1 (en) * 1992-03-12 1993-09-23 Bayerische Motoren Werke Ag Partly double-skinned sheet-metal structure - has reinforcing sections partly secure to main one before deep-drawing or stamping and permanently afterwards
DE4419652A1 (de) 1994-06-04 1995-12-07 Meckenstock H W Kg Plattenförmiges Formelement
DE19524235A1 (de) * 1995-07-04 1997-01-16 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung eines Formteils
US20030087117A1 (en) * 1997-01-14 2003-05-08 Walter Duley Tailored blank
EP0911426B1 (de) 1997-10-27 2002-12-18 Linde AG Herstellung von Formteilen
DE102004031797A1 (de) * 2004-07-01 2006-01-26 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Herstellen eines umgeformten, lokal verstärkten Blechbauteils und entsprechendes Blechbauteil
DE102004051848B3 (de) 2004-10-25 2006-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Blechstrukturen und mehrlagige Blechstruktur
DE102005034308A1 (de) * 2005-07-22 2007-01-25 Volkswagen Ag Verfahren zum Herstellen von Patchverbindungen
DE102010047033B3 (de) * 2010-09-30 2012-03-08 Benteler Automobiltechnik Gmbh Kraftfahrzeug-Formbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

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