DE102007059251A1

DE102007059251A1 - Herstellverfahren hoch maßhaltiger Halbschalen

Info

Publication number: DE102007059251A1
Application number: DE102007059251A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Ing. Flehmig; Lothar HÖMIG; Konstantinos Dipl.-Ing. Savvas
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-10
Also published as: ATE549110T1; CN104959442A; CN101888908A; EP2217393B1; EP2217393A1; WO2009071437A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen zur Verfügung zu stellen, mit welchem bei geringem apparativen Aufwand kostengünstig hoch maßhaltige Halbschalen hergestellt werden können, die auf einfache Weise miteinander verschweißbar sind, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird und die fertige Halbschale im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird, welche anschließend zur fertigen Halbschale umgeformt wird.
Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen geschlossene Hohlprofile eingesetzt, welche speziell an den Anwendungsfall angepasste Querschnitte und Materialdicken aufweisen. Bisher werden geschlossene Hohlprofile in der Regel dadurch hergestellt, dass zunächst ein Rohr geformt wird, das Rohr entsprechenden Biegungen und Vorverformungen unterzogen wird und anschließend ein Hydroumformen des vorgebogenen oder vorverformten Rohres zur endgültigen Form des geschlossenen Hohlprofils erfolgt. Einerseits sind auf diese Weise nicht alle Bauteile herstellbar, da beim Hydroumformen lokale Dehnungen des Materials überschritten werden und es somit zur Rissbildung kommen kann. Zusätzlich kann es zu einer nicht beherrschbaren Faltenbildung während des Hydroumformens kommen. Darüber hinaus sind die bisher verwendeten Verfahrensschritte zur Herstellung eines anwendungsangepassten, geschlossenen Hohlprofils sehr aufwendig und damit kostenintensiv. Ein geschlossenes Hohlprofil kann zwar prinzipiell auch aus zwei tiefgezogenen Halbschalen hergestellt werden. Während des Tiefziehens einer Platine werden jedoch Spannungen in die Platine eingebracht, welche zu einem Rückfedern der Halbschale führen. Das Rückfedern der Halbschalen erschwert die genaue Positionierung der Halbschalen in einem Gesenk zum Verschweißen der Halbschalen zu einem geschlossenen Hohlprofil. Ein Verschweißen der Kanten der Halbschalen in einem I-Stoß war aufgrund des Rückfederns der Halbschalen bisher nur mit großem Aufwand während der Positionierung der Halbschalen beim Verschweißen möglich. Aus diesem Grund sind bisher geschlossene Hohlprofile, welche aus verschweißten Halbschalen bestehen, üblicherweise an abstehenden Flanschbereichen verschweißt worden. Diese geschlossenen Hohlprofile können aber aufgrund der abstehenden Schweißnaht nicht so eingesetzt werden wie geschlossene Hohlprofile, die aus einem geschweißten Rohr hergestellt werden und keine abstehende Schweißnaht aufweisen. Zudem erhöhen die Flansche das Gesamtgewicht des Bauteils.
Ein Zusammenbau von stark rückfedernden Halbschalen in einer Fahrzeugstruktur ist aufgrund des starken Verzugs sehr aufwendig. Hilfsweise müssen diese Teile gerichtet werden, was mit höheren Kosten verbunden ist.
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbschalen ist aus der veröffentlichen japanischen Patentanmeldung JP 08/168830 bekannt, bei welchem eine Platine zunächst in einem Gesenk tiefgezogen wird und abstehende Flanschbereiche entstehen. Die Flanschbereiche werden anschließend über einen Schneid- und Stauchstempel gleichzeitig gestaucht und abgeschert. Problematisch bei den so hergestellten Halbschalen ist, dass diese Unregelmäßigkeiten an den Kanten aufweisen und damit zum Verschweißen in einem I- Stoß nicht besonders gut geeignet sind. Darüber hinaus weisen die Halbschalen üblicherweise noch Rückfederungskräfte auf, die das Verschweißen erschweren.
Aus der veröffentlichen europäischen Patentanmeldung EP 1 792 671 A1 ist ein Verfahren zum Pressformen von Halbschalen bekannt, welche anschließend zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißt werden. Aufgabe der genannten europäischen Patentanmeldung ist es, Halbschalen mit verdickten Kantenbereichen zwischen dem Bodenbereich und der Zarge zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund wird aus einer Platine zunächst eine vorgeformte Halbschale erzeugt, welche überschüssiges Material zur Verfügung stellt, das beim Umformen in die Endform aus dem Bodenbereich in die Kantenbereiche zwischen Zarge und Bodenbereich der Halbschale gepresst wird. Dem gegenüber beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Reduzierung der Rückfederung von tiefgezogenen Halbschalen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen zur Verfügung zu stellen, mit welchem bei geringem apparativen Aufwand kostengünstig hoch maßhaltige Halbschalen hergestellt werden können, die auf einfache Weise miteinander verschweißbar sind.
Die oben aufgezeigte Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird und die fertige Halbschale im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.
Aufgrund des überschüssigen Materials kommt es beim Pressen zur Endform im Fertiggesenk zum Stauchen des gesamten Querschnitts, so dass das überschüssige Material im gesamten Querschnitt verteilt wird. Hierdurch wird der gesamte Querschnitt gestaucht, was dazu führt, dass die während des Pressens in die vorgeformte Halbschale eingebrachten Spannungen im Bereich der Zarge in senkrechte und im Bereich des Bodens in waagerechte Richtungen ausgerichtet werden. Der Pressvorgang zur Endform führt hierbei zu einer Erhöhung der Wanddicke der Halbschale. Gleichzeitig wird die Rückfederung der Halbschale beseitigt, da die eingebrachten Stauchungen die Rückfederungskräfte überlagern bzw. in ein gerichtetes Rückfedern auslösende Spannungen in der Halbschale transformieren. Im Ergebnis steht eine fertig geformte Halbschale mit einer besonders hohen Maßhaltigkeit zur Verfügung. Die hohe Maßhaltigkeit führt dazu, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbschalen auf einfache Weise beispielsweise bei flanschlosen Halbschalen in einem I-Stoß verschweißt werden können. Unter hohen Maßhaltigkeiten sind reduzierte Toleranzen gegenüber dem konventionellen Tiefziehen zu verstehen.
Auf besonders einfache Art und Weise kann gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung überschüssiges Platinenmaterial im Bodenbereich dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass der Bodenbereich der vorgeformten Halbschale konkav, konvex oder wellig geformt ist.
Weist gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die vorgeformte Halbschale Flanschbereiche auf und wird die Zarge über eine Flanschabbremsung abgestreckt, kann die Rückfederung der vorgeformten Halbschale bereits reduziert werden.
Flanschlose Halbschalen können gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass die Flanschbereiche während und/oder nach der Umformung zur fertigen Halbschale über Querschieber oder Laserbeschnitt oder durch andere Verfahren abgetrennt werden. Trotz der verwendeten vorgeformten Halbschalen mit Flanschbereichen wird damit ein wirtschaftliches Verfahren zur bevorzugten Herstellung von hoch maßhaltigen, flanschlosen Halbschalen zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die beispielsweise für den Einsatz der Halbschalen im Kraftfahrzeugbau notwendigen Festigkeiten dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass die Platine aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht. Gleichzeitig werden gute Umformeigenschaften der Platinen bereitgestellt.
Weiter verbessert werden kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass die Umformung der Platine in die vorgeformte Halbschale und die Umformung der vorgeformten Halbschale in die Endform in einer einzigen Vorrichtung, vorzugsweise in einem einzigen Gesenk mit austauschbarem Boden erfolgt, beispielsweise was in einem Folgeverbundwerkzeug realisiert werden kann. Nicht nur Investitionskosten können damit eingespart, sondern üblicherweise auch Zykluszeiten zur Herstellung der Halbschalen, da Transportwege zwischen verschiedenen Gesenken entfallen. Dies führt zu einer besonders hohen Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
1 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a) und b) in einer schematischen Schnittansicht die beschnittene, vorgeformte Halbschale aus 1 während eines zweistufigen Umformens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4a) und b) in einer schematischen Schnittansicht die Umformung der vorgeformten Halbschale zur fertigen Halbschale gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
6a) und b) die Umformung der vorgeformten Halbschale zur Endform gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist zunächst eine vorgeformte Halbschale 1 in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die Halbschale weist eine Zarge 2 sowie einen Bodenbereich 3 auf. In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass der Bodenbereich 3 leicht gewölbt ist und das zusätzlich Flansche 4 vorgesehen sind.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun in den 2a) und 2b) dargstellt. Zunächst zeigen die Figuren schematisch ein Gesenk 5 mit einer Matrize 6, welche zusammen mit dem Stempel 7 die nunmehr flanschlose Halbschale 1 zur Endform umformen können. In 2a) ist zu erkennen, dass der Stempel 7 aufgrund der Vorform der Halbschale 1 bei der Umformung bei der Halbschale 1 den Bodenbereich 3 und die Zarge 2 staucht. Aufgrund des Stauchungsvorgangs wird ein Materialfluss erzeugt, welcher in etwa denen in 2a) dargestellten Pfeilen entspricht. Einerseits wird durch das Stauchen über den gesamten Querschnitt die Wanddicke der fertigen Halbschale über den gesamten Querschnitt leicht erhöht(?? Angabe über die prozentuale Erhöhung möglich?). Die Erhöhung der Wanddicke ist in der Figuren nicht dargestellt. Andererseits bedeutet dies auch gleichzeitig, dass bei der Umformung Spannungen in horizontaler Richtung im Bodenbereich 3 und in vertikaler Richtung in der Zarge 2 erzeugt werden. Die Rückfederungskräfte werden hierdurch in Spannungen, welche eine gerichtete Rückfederung auslösen, transformiert. Diese führen dann dazu, dass die fertig geformte Halbschale 1 hoch maßhaltig ist. Die erste vorgeformte Halbschale 1 weist zunächst einen konvexen Bodenbereich 3 auf, um zusätzliches Platinenmaterial für die Stauchung zur Verfügung zu stellen.
Anders als das Ausführungsbeispiel aus 1 stellt die vorgeformte Halbschale 1' der 3 das zusätzliche Platinenmaterial für die Stauchung zur Verfügung, denn die vorgeformte Halbschale 1' weist einen konvexen Bodenbereich 3' auf. Während der Umformung wird das überschüssige Material aus dem konvexen Bodenbereich in die Seitenbereiche bzw. in den Zargenbereich der Halbschale gedrückt, so dass in der Zarge 2' senkrecht zum Bodenbereich verlaufende und im Bodenbereich horizontal verlaufende Spannungen eingebracht werden, welche zur Rückfederungsarmut der fertig geformten Halbschale 1' führen. In den 4a) und 4b) ist zudem zu erkennen, dass der Stempel 7' besonders einfach ausgeprägt ist und keine Elemente zur Stauchung der Zarge aufweist. Die Stauchung der Zarge 2' wird über die Niederhalter 8' erreicht, welche aufgrund des Materialflusses aus dem Bodenbereich 3' eine Stauchung herbeiführen.
In 5 ist schließlich in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale 1'' dargestellt, welche gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch während der Umformung Flanschbereiche 4'' aufweist. Die Flanschbereiche 4'' werden von Niederhaltern 8'' während der Umformung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gehalten, wie anhand der 6a) und 6b) zu erkennen ist. Der Bodenbereich 3'' ist in dem dritten Ausführungsbeispiel konvex vorgeformt, so dass genügend Platinenmaterial zur Verfügung gestellt werden kann, um den Bodenbereich 3'' und die Zarge 2'' erfindungsgemäß zu stauchen. Anschließend können die Flansche 4'' beschnitten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 08/168830 [0004]
- EP 1792671 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird, welche anschließend zur fertigen Halbschale umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird und die fertige Halbschale im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich der vorgeformten Halbschale konkav, konvex oder wellig geformt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformte Halbschale Flanschbereiche aufweist und die Zarge über eine Flanschabbremsung abgestreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschbereiche während und/oder nach der Umformung zur fertigen Halbschale über Querschieber oder Laserbeschnitt abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung der Platine in die vorgeformte Halbschale und die Umformung der vorgeformten Halbschale in die Endform in einer Vorrichtung, vorzugsweise in einem Gesenk mit austauschbarem Boden erfolgt.