DE102008047971B3

DE102008047971B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Presshärten eines metallischen Formbauteils

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Publication number: DE102008047971B3
Application number: DE200810047971
Authority: DE
Inventors: Kiyohito Kondo; Martin Pohl; Friedrich Bohner; Robert Stockter
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: US8839652B2; JP5039106B2; JP2010069535A; IT1395638B1; ITRM20090469A1; US20100064759A1

Abstract

Verfahren zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech (1), welches austenitisiert wird und in ein gekühltes Pressenwerkzeug (2) eingesetzt wird, wobei die Matrize (3) einen ungekühlten Konturabschnitt (6, 6a) zur Ausbildung eines Bereichs (7) verringerter Härte aufweist. Während der Umformung werden Randbereiche (9) des Stahlblechs (1) über eine Blechhalterung klemmend fixiert, die einen inneren Blechhalter (13) und einen äußeren Blechhalter (12) aufweist, wobei der innere Blechhalter (12) näher an der Matrize (3) liegt als der äußere Blechhalter (12) und wobei ein Randbereich (9) in einer ersten Umformphase von dem äußeren Blechhalter (12) gehalten wird und in einer späteren Umformphase von dem inneren Blechhalter (13) gehalten wird. Hierdurch kann eine vorzeitige Härtung des Bereichs (7) verhindert werden, was ein späteres Zuschneiden des umgeformten Stahlblechs vereinfacht. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Aus der DE 102 54 695 B3 ist es bekannt, ein metallisches Formbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil, aus einem ungehärteten warmformbaren Stahlblech herzustellen, indem zunächst ein Halbzeug durch ein Kaltumformverfahren, insbesondere durch Tiefziehen, zu einem Bauteil-Rohling umgeformt wird, der anschließend randseitig auf eine dem Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten wird. Dieser beschnittene Rohling wird anschließend in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtet. Das dabei erzeugte Bauteil weist bereits nach dem Warmumformen die gewünschte Berandungskontur auf, so dass eine abschließende Beschneidung des Bauteilrands entfällt. Mit diesem Verfahren kann das randseitige Schneiden bereits gehärteter Bauteile vermieden werden.
Die DE 10 2004 059 598 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen und Härten eines Bleches, wobei in zwei aufeinander folgenden Arbeitsschritten der Abstand zwischen Matrize und Blechhalter verändert wird. Hierbei kommt nur ein einziger Blechhalter zur Anwendung.
Bei hochfesten pressgehärteten Stahlwerkstoffen ergibt sich das Problem, dass das Tiefziehen komplexer Strukturen in der Regel nicht ohne Niederhalter oder Blechhalter durchgeführt werden kann, um eine Faltenbildung beim Einziehen des Blechs in die Matrize zu verhindern. Es zählt zum Stand der Technik, auch die Blechhalter mit einer Kühlvorrichtung zu versehen. Das bringt allerdings mit sich, dass auch die Randbereiche des Stahlblechs gehärtet werden, mit der Folge, dass es bei einem abschließenden Zuschneiden des pressgehärteten Bauteils zu erhöhtem Verschleiß an den Schneidwerkzeugen kommt. Es wäre wünschenswert, wenn es einen randseitigen Bereich des pressgehärteten Bauteils geben würde, in welchem das pressgehärtete Bauteil weicher ist bzw. eine geringere Härte besitzt. Das Pressbauteil könnte in diesem Bereich zugeschnitten werden, ohne dass es zu erhöhtem Werkzeugverschleiß bei den Schneidwerkzeugen kommt. Mit den bekannten Blechhaltern ist es jedoch unmöglich, solche partiell weichen Bereiche auszubilden, da diejenigen Bereiche, die während des Umformprozesses nach innen in die Matrize eingezogen werden, zuvor mit den gekühlten Blechhaltern in Kontakt kommen und dadurch gehärtet werden. Bei ultrahochfesten Materialien können sich somit auch in den Randbereichen Festigkeiten von über 1.500 MPa ergeben. Derart feste Werkstoffe können nur mit erhöhtem Aufwand zugeschnitten werden.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aufzuzeigen, mittels welchem es möglich ist, partiell ungehärtete Bereiche auch im Randbereich des pressgehärteten Stahlblechs auszubilden, selbst wenn diese Bereiche zu Beginn der Umformung im Bereich von gekühlten Blechhaltern angeordnet sind. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens aufgezeigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 1 löst diese Aufgabe. Gegenständlich wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die jeweils abhängigen Patentansprüche bilden den Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise weiter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech wird dieses zunächst auf eine Temperatur oberhalb seiner Umwandlungstemperatur Ac3 erwärmt. Das Stahlblech wird austenitisiert, um eine Härtung zu ermöglichen.
Hierbei wird angemerkt, dass es sich bei dem Stahlblech theoretisch bereits um einen Vorformling handeln kann. Das Stahlblech ist allerdings bevorzugt eben.
Das erwärmte Stahlblech wird in ein gekühltes Pressenwerkzeug eingelegt, wobei eine Matrize wenigstens einen ungekühlten Konturabschnitt zur Ausbildung eines Bereichs verringerter Härte aufweist. Mittels dieses gekühlten Pressenwerkzeugs erfolgt sowohl die Warmumformung als auch das Härten. Das Werkstück wird allerdings nur partiell gehärtet. Es verbleibt in jedem Fall ein ungekühlter Konturabschnitt zur Ausbildung eines Bereichs verringerter Härte.
Unter einem ungekühlten Konturabschnitt ist ein Konturabschnitt der Matrize zu verstehen, der nicht zum Härten des Stahlblechs vorgesehen ist, sondern vielmehr die Härtung verhindern bzw. verringern soll. Das setzt wenigstens voraus, dass der Konturabschnitt gegenüber den gekühlten Abschnitten thermisch isoliert ist. Zusätzlich kann der Konturabschnitt aber auch erwärmt werden und ist mit entsprechenden Heizmitteln versehen.
Üblicherweise wird ein solches Stahlblech über randseitig der Matrize angeordnete Blechhalteranordnungen klemmend fixiert. Blechhalteranordnungen sind an wenigstens zwei Längsseiten des umzuformenden Stahlblechs angeordnet. Anschließend wird das Pressenwerkzeug geschlossen, d. h. ein Stempel des Umformwerkzeugs wird in Richtung der Matrize verlagert. Kurz bevor der Stempel das Stahlblech in die Matrize drängt, werden die Randbereiche des Stahlblechs mittels der Blechhalteranordnungen fixiert, wobei die Blechhalteranordnungen das Nachfließen der Randbereiche des Stahlblechs in die Matrize bremsen.
Entscheidend ist, dass eine randseitige Blechhalteranordnung einen inneren Blechhalter und einen äußeren Blechhalter aufweist, wobei der innere Blechhalter näher an der Matrize liegt als der äußere Blechhalter. Unter dem Begriff ”innen” ist der mittlere Bereich des Pressenwerkzeugs zu verstehen. Unter dem Begriff ”außen” ist im Sinne der Erfindung der von dem Pressenwerkzeug/der Matrize abgewandte, entferntere Bereich zu verstehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Randbereich in einer ersten Umformphase von dem äußeren Blechhalter gehalten wird und in einer späteren Umformphase von dem inneren Blechhalter gehalten wird. Bei der Erfindung umfasst somit jede Blechhalteranordnung zwei zeitlich zueinander versetzt agierende, d. h. mit dem Randbereich in Kontakt kommende, Blechhalter. Hierbei wird davon ausgegangen, dass bis zum Abschluss der Umformung grundsätzlich ein Teil des Randbereichs noch von den Blechhaltern gehalten wird.
Das Stahlblech wird bei der Umformung immer weiter nach innen gezogen, so dass am Ende des Umformvorgangs nicht mehr der äußere Blechhalter den Randbereich hält, sondern der innere Blechhalter. Der äußere gekühlte Blechhalter kommt somit niemals mit einem Blechabschnitt in Kontakt, der zwischen der Außenseite der Matrize und dem äußeren Blechhalter liegt. Dieser Bereich wird gewissermaßen frei in die Matrize eingezogen und daher auch nicht durch den Kontakt mit dem Blechhalter gekühlt. Dieser ungekühlte und somit ungehärtete Bereich liegt bei Abschluss des Umformverfahrens in dem ungekühlten Konturabschnitt der Matrize, so dass gezielt ein Bereich verringerter Härte ausgebildet werden kann, der anschließend nach der Entnahme des pressgehärteten Formbauteils aus dem Pressenwerkzeug mit deutlich verringertem Aufwand zugeschnitten werden kann.
Entscheidend ist hierbei, dass nach Verlagerung des Bereichs mit zu verringernder Härte in die Matrize hinein der zweite, innere Blechhalter zugeschaltet wird und den bereits vom äußeren Blechhalter kontaktierten Randbereich einklemmt. Dieser Bereich des Stahlblechs ist ohnehin bereits durch den Kontakt mit dem äußeren Blechhalter gehärtet und bildet schließlich den Bereich, der abschließend von dem umgeformten Formbauteil abgetrennt wird. In diesem Bereich ist ein weiterer Kontakt durch einen gekühlten Blechhalter unschädlich.
Die Blechhalter einer Blechhalteranordnung kommen zeitlich nacheinander zum Einsatz. Wesentlich ist, dass der innere Blechhalter erst dann mit dem Stahlblech in Kontakt gebracht wird, wenn derjenige Teil des Randbereichs, der später in dem ungekühlten Konturabschnitt liegt, aus dem Bereich des inneren Blechhalters herausgezogen worden ist. Das heißt nicht, dass der Randbereich in irgendeinem Moment nicht durch den Blechhalter gehalten ist. Vielmehr ist der Randbereich in seiner Breite so zu bemessen, dass entweder der äußere oder der innere Blechhalter den Randbereich halten. Die Zeiträume, in denen beide Blechhalter mit dem Randbereich in Kontakt stehen, können sich überschneiden.
Im Rahmen der Erfindung ist es grundsätzlich auch möglich, mehr als nur einen inneren und einen äußeren Blechhalter vorzusehen. Vielmehr kann zwischen dem inneren und äußeren Blechhalter wenigstens ein weiterer, mittlerer Blechhalter angeordnet sein, welcher zeitlich nach dem äußeren Blechhalter, aber vor dem inneren Blechhalter mit dem Randbereich in Kontakt gebracht wird. Auch bei drei oder mehr in Reihe angeordneten Blechhaltern erfolgt die Steuerung der Blechhalter immer so, dass keiner der Blechhalter mit demjenigen Randbereich in Kontakt kommt, der später in dem ungekühlten Konturabschnitt liegen soll. Aber sobald dieser welch zu haltende Bereich aus dem Wirkbereich eines Blechhalters herausgezogen worden ist, kann derjenige Blechhalter geschlossen werden, welcher der Matrize am nächsten liegt, d. h. zunächst der mittlere oder einer der mittleren Blechhalter und anschließend der innere Blechhalter.
Jeder Blechhalter gliedert sich in einen oberen Halter und einen unteren Halter, wobei die oberen und unteren Halter des äußeren Blechhalters unabhängig von dem oberen und unteren Halter eines inneren oder mittleren Blechhalters verlagert werden. Somit kann jeder Halter einzeln angesteuert werden.
Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass ein Halter des äußeren Blechhalters als Gegenlager konfiguriert ist, das einstückig mit der Matrize ausgebildet ist. Beim Schließen des Presswerkzeugs wird somit ein oberer oder unterer Halter gegen einen die Matrize umgebenden Randabschnitt des Matrizenkörpers gedrückt. Bei dieser Variante ist in diesem Matrizenkörper zwangsläufig ein Halter des inneren Blechhalters gelagert. Um den Kontakt mit dem Stahlblech zu Beginn des Umformvorgangs zu vermeiden, ist dieser Halter des inneren Blechhalters anfangs vom Stahlblech abgehoben positioniert und wird erst dann mit dem Stahlblech in Kontakt gebracht, wenn der welch zu haltende Bereich des Stahlblechs in die Matrize eingezogen worden ist.
Grundsätzlich werden alle Blechhalter gekühlt. Hierzu sind entsprechende Kühlkanäle in den Blechhaltern angeordnet.
Nach Abschluss des Umformvorgangs kann das pressgehärtete Formbauteil zugeschnitten werden. Hierzu wird es aus dem geöffneten Presswerkzeug entnommen. Das Formbauteil besitzt eine Schnittkante, die zumindest teilweise, aber vorzugsweise vollständig in dem weicheren Bereich verläuft, der in dem ungekühlten Konturabschnitt des Pressenwerkzeugs erzeugt bzw. beibehalten worden ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beispielsweise B-Säulen einer Kraftfahrzeugkarosserie aus ultrahochfesten Stahlwerkstoffen durch Warmumformung und Presshärten herstellen. Es werden Zugfestigkeiten von 1.500 MPa und mehr erreicht, wobei gleichzeitig ein werkzeugschonendes Beschneiden der Randbereiche ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer Vorrichtung zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech durchgeführt werden. Diese Vorrichtung umfasst ein in eine Umformpresse eingliederbares Pressenwerkzeug und eine Blechhalteranordnung, die einen inneren Blechhalter und einen äußeren Blechhalter aufweist. Der innere Blechhalter liegt näher an der Matrize als der äußere Blechhalter, wobei die Besonderheit darin liegt, dass die Blechhalter zeitlich zueinander versetzt mit dem Stahlblech in Kontakt bringbar sind. Dieser Zeitversatz soll auch dann realisiert werden, wenn zwischen dem äußeren Blechhalter und dem inneren Blechhalter mindestens ein weiterer Blechhalter angeordnet ist, der zeitlich nach dem äußeren Blechhalter, aber vor dem inneren Blechhalter mit dem Stahlblech in Kontakt bringbar ist. Jeder dieser Blechhalter gliedert sich in einen oberen Halter und einen unteren Halter, die unabhängig von den Haltern des jeweils anderen Blechhalters verlagerbar sind. Da zwingend der äußere Blechhalter zuerst geschlossen wird, kann ein Halter des äußeren Blechhalters auch als ortsfester Gegenhalter ausgebildet sein. Zumindest gegenüber diesen ortsfesten Gegenhaltern müssen die anderen Halter des inneren Blechhalters des oder der weiteren mittleren Blechhalter verlagerbar sein. Die Blechhalter sind gekühlt und daher mit entsprechenden Kühlkanälen versehen.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass sämtliche Blechhalter die gleiche Breite aufweisen und damit auch einen gleich breiten Blechstreifen des Randbereichs halten. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass insbesondere der äußere Blechhalter breiter ist als einer der weiter innen liegenden Blechhalter. Daher kann auch die Haltekraft des äußeren Blechhalters größer sein als eine Haltekraft des inneren Blechhalters. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass anfangs zwingend der äußere Blechhalter allein zum Einsatz kommt, während zu einem späteren Zeitpunkt der innere Blechhalter gewissermaßen zugeschaltet wird, so dass der Randbereich teilweise von dem äußeren und auch teilweise von dem inneren Blechhalter fixiert wird. Daher kann die Haltekraft des inneren Blechhalters oder auch die eines mittleren Blechhalters kleiner sein als die Haltekraft des äußeren Blechhalters.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, partiell weiche Bereiche an komplizierten metallischen Tiefziehprodukten, wie beispielsweise B-Säulen eines Kraftfahrzeugs, herzustellen, die zwingend die Verwendung von Blechhaltern während der Warmumformung benötigen. Obwohl der Warmformprozess sowie die dabei verwendeten Werkzeuge sehr kostenintensiv sind, werden die Gesamtkosten durch Kosteneinsparungen beim anschließenden Schneiden nach dem Warmumformen reduziert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 und 2 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formhärten eines metallischen Formbauteils ohne Niederhalter (nicht erfindungsgemäß);
3 und 4 eine Abwandlung zur Variante der 1 und 2, allerdings mit Niederhalter (ebenfalls nicht erfindungsgemäß);
5 bis 8 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
9 bis 12 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
13 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt den ersten Schritt eines Herstellungsprozesses zur Herstellung eines metallischen Formbauteils. Hierzu wird ein Stahlblech 1 auf eine Temperatur oberhalb seiner Umwandlungstemperatur Ac3 erwärmt, d. h. austenitisiert. Das erwärmte Stahlblech 1 wird in ein Pressenwerkzeug 2 eingelegt. Das Pressenwerkzeug 2 gliedert sich in ein oberes Formwerkzeug 3 und ein unteres Formwerkzeug 4. Das obere Formwerkzeug 3 ist in diesem Fall als Matrize ausgebildet. Das untere Formwerkzeug 4 ist als Stempel konfiguriert. Die Formwerkzeuge 3, 4 werden über Kühlleitungen eines Kühlsystems 5 gekühlt. Durch die Leitungen wird eine Kühlflüssigkeit geleitet. Das Kühlsystem 5 erstreckt sich nahezu über die gesamte Kontur des oberen Formwerkzeugs 3 bzw. des unteren Formwerkzeugs 4. Eine Ausnahme hiervon bildet ein ungekühlter Konturabschnitt 6, 6a jeweils im oberen Formwerkzeug 3 und im unteren Formwerkzeug 4. Die ungekühlten Konturabschnitte 6, 6a liegen sich gegenüber, so dass ein in diesem Bereich an der Kontur der Formwerkzeuge 3, 4 zur Anlage gelangendes Stahlblech 1 weniger rasch abgekühlt wird und daher eine geringere Härte besitzt als die benachbarten Bereiche. Der Bereich des Stahlblechs 1, der später eine geringere Härte besitzen soll, also weicher sein soll als die umgebenden Bereiche, ist jeweils der eingekreiste Bereich 7, der sich anfangs außerhalb des Presswerkzeugs 2 befindet und am Ende des Umformvorgangs im Bereich der ungekühlten Konturabschnitte 6, 6a liegt, wie in 2 zu erkennen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt kein Blechhalter oder Niederhalter zum Einsatz, so dass das Stahlblech 1 in seinem Materialfluss nicht gebremst bzw. gesteuert wird. Wenn das Material zu schnell fließt, entstehen Falten auf Grund tangentialer Druckspannungen. Mit der in den 1 und 2 beschriebenen Vorgehensweise lassen sich daher keine komplexeren Geometrien ohne Faltungen herstellen.
Um den Materialfluss zu bremsen oder steuern, sind zwingend Blechhalter oder Niederhalter erforderlich, wie sie bei den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 dargestellt sind. Auch diese Ausführungsbeispiele sind nicht Gegenstand der Erfindung, sondern sollen verdeutlichen, welche Nachteile es bei der Verwendung bekannter Niederhalter bzw. Blechhalter gibt. Die in 3 dargestellte Variante zeigt, dass Blechhalter 8 Randbereiche 9 des umzuformenden Stahlblechs 1 klemmend halten. Dabei liegt der Bereich 7, der später eine verringerte Härte aufweisen soll, im Bereich des Blechhalters 8. Die Blechhalter 8 sind ebenfalls mit einem Kühlsystem 10 verbunden und führen zur Härtung des Stahlblechs 1, noch bevor der Randbereich 9 und insbesondere der weicher zu gestaltende Bereich 7 zwischen die Formwerkzeuge 3, 4 gelangt. Diese vorzeitige Härtung ist unerwünscht, wenn das zu einem Formbauteil umgeformte Stahlblech 1 nachträglich zugeschnitten werden soll, was die Regel ist.
In einer ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Abwandlung der Ausführungsform der 3 ist der Blechhalter 8 als Niederhalter konfiguriert, der gegen das entsprechend breiter ausgestaltete, obere Formwerkzeug 3a drückt und so den Randbereich 9 des Stahlblechs 1 hält. Es ist zu erkennen, dass auch hier der partiell weichere zu gestaltende Bereich 7 eine Kühlung über das Kühlsystem 10 im Niederhalter 8 erfährt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den 5 bis 8 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass den gegenüberliegenden Randbereichen 9 des Stahlblechs 1 jeweils eine Blechhalteranordnung 11 zugeordnet ist, die sich jeweils in einen äußeren Blechhalter 12 und einen inneren Blechhalter 13 gliedert. Das Stahlblech 1 wird in der Darstellung der 5, also zu Beginn des Umformvorgangs, nur von dem über ein Kühlsystem 10 gekühlten äußeren Blechhalter 12 gehalten. Es ist zu erkennen, dass der weicher zu gestaltende Bereich 7 nicht im Bereich des äußeren Blechhalters liegt und sich auch noch nicht in dem konturierten Bereich der Matrize 3b befindet. Die Matrize 3b ist mit einem Kühlsystem 5 versehen, das die mit dem Stahlblech 1 in Kontakt gelangenden Bereiche kühlt, um das fertige Formbauteil noch im Presswerkzeug 2 zu härten. Es wird lediglich ein ungekühlter Konturabschnitt 6, 6a ausgespart. Dieser Konturabschnitt 6, 6a ist entweder gegen Abkühlung thermisch isoliert oder aber mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung versehen, um das Stahlblech 1 partiell zu erwärmen oder warmzuhalten. Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass der innere Blechhalter 13 zu Beginn des Umformvorgangs noch nicht mit dem Stahlblech 1 in Kontakt gelangt. Hierzu befinden sich sein oberer Halter 14 und sein unterer Halter 15 noch in beabstandeter Position zum Stahlblech 1. In 6 ist zu erkennen, dass diese Position auch noch während des Umformvorgangs beibehalten wird, nämlich so lange, bis der weich zu haltende Bereich 7 nach innen, d. h. in Richtung zur Matrize 3b, verlagert wird. Der Randbereich 9 des Stahlblechs 1 wird hierbei noch von dem äußeren Blechhalter 12 gehalten. In 7 ist zu erkennen, dass anschließend der obere und der untere Halter 14, 15 des inneren Blechhalters 13 in einer Halteposition verfahren werden, um den Randbereich 9 zu halten, der zuvor noch von dem äußeren Blechhalter 12 gehalten worden ist. Der Bereich 7 verringerter Härte befindet sich zu diesem Zeitpunkt schon innerhalb der Kontur der Formwerkzeuge 3b, 4 und durchläuft beim weiteren Schließen der Formwerkzeuge 3b, 4 lediglich einen sehr schmalen gekühlten Bereich, bis er in dem ungekühlten Konturabschnitt 6, 6a ankommt und dort vor zu schneller Abkühlung geschützt wird bzw. gezielt erwärmt wird (8). In nicht näher dargestellter Weise wird das pressgehärtete Formbauteil anschließend aus dem Presswerkzeug entnommen und in den gezielt in der Härte reduzierten Bereichen 7 zur Endkontur beschnitten.
Die Ausführungsformen der 9 bis 12 unterscheiden sich einerseits von denjenigen der 4 bis 8 dadurch, dass etwas anders konfigurierte äußere und innere Blechhalter 12a und 13a zum Einsatz kommen, zum anderen aber auch durch den Verfahrensablauf.
Die Blechhalter 12a und 13a gliedern sich wiederum in einen oberen und unteren Halter 14a, 15a bzw. 16a, 17a. Die Halter 14a–17a können unabhängig voneinander betätigt werden. Es handelt sich somit bei dem äußeren Halter 12a nicht um einen Niederhalter, wie er in den 5 bis 8 dargestellt ist. Dadurch kann das Stahlblech 1 zu Beginn der Umformung in einem anderen Abstand zur Matrize 3 bzw. dem oberen Formwerkzeug 3 und dem unteren Formwerkzeug 4 angeordnet werden. Wird die Matrize 3 in Richtung des unteren Formwerkzeugs 4 verfahren, legt sich das Stahlblech 1 zunächst an den Stempel bzw. das untere Formwerkzeug 4 an. Dies entspricht einem Streckziehen der Stahlplatine 1. Hierbei kann kontrolliert Material aus dem Randbereich 9 nachgeführt werden, indem die Blechhalterkraft der äußeren Blechhalter 12a gesteuert wird (10). Gleichzeitig ist es von Bedeutung, dass der innere Niederhalter 13a noch nicht mit der Stahlplatine 1 in Kontakt kommt, damit der Bereich 7 geringerer Härte nicht vor dem Eintritt in das Formwerkzeug 3, 4 gehärtet wird.
Aus 11 ist zu erkennen, dass durch die Positionierung des Randbereichs 9 des Stahlbauteils 1 in Abstand zur Kontur der Matrize 3 der Bereich verringerter Härte 7 erst zu einem sehr späten Zeitpunkt mit der Matrize 3 in Kontakt kommt und so gut wie gar keine vorzeitige Härtung erfährt. In 11 ist auch dargestellt, dass der obere Halter 14a des inneren Blechhalters 13a in dieser Umformphase den Randbereich 9, der ursprünglich von dem äußeren Blechhalter 12a gehalten wurde, größtenteils fixiert. Schließlich zeigt 12 das Ende des Umformvorgangs, in welchem der Bereich 7 in dem ungekühlten Konturabschnitt 6, 6a liegt. Es schließt sich wiederum ein Zuschneiden des Formbauteils außerhalb des Presswerkzeugs an.
Die Ausführungsform der 13 unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, dass zusätzlich zu einem äußeren Blechhalter 12b und einem inneren Blechhalter 13b ein mittlerer Blechhalter 18 zum Einsatz kommt. Die Blechhalter 12b, 13b und 18 bilden eine Blechhalteranordnung 11b, bei der die jeweils oberen und unteren Halter unabhängig voneinander ansteuerbar sind und von außen nach innen betrachtet nacheinander mit dem Randbereich 9 des zu umzuformenden Stahlblechs 1 in Kontakt gelangen. Es ist zu erkennen, dass zu Beginn des Umformvorgangs der Bereich 7 verringerter Härte sich im Bereich des mittleren Blechhalters 18 befindet und mit fortschreitendem Umformvorgang nach innen zur Matrize 3 wandert. Wenn der Bereich 7 sich unterhalb des inneren Blechhalters 13b befindet, wird der mittlere Blechhalter 18 geschlossen. Schließlich wird auch noch der innere Blechhalter 13b geschlossen, wenn sich der Bereich 7 innerhalb der Matrize 3 befindet.

1: Stahlblech
2: Pressenwerkzeug
3: oberes Formwerkzeug (Matrize)
3a: oberes Formwerkzeug (Matrize)
3b: oberes Formwerkzeug (Matrize)
4: unteres Formwerkzeug
5: Kühlsystem
6: ungekühlter Konturabschnitt
6a: ungekühlter Konturabschnitt
7: weicher Bereich v. 1
8: Blechhalter
9: Randbereich
10: Kühlsystem
11: Blechhalteranordnung
11a: Blechhalteranordnung
11b: Blechhalteranordnung
12: Blechhalter
12a: Blechhalter
12b: Blechhalter
13: Blechhalter
13a: Blechhalter
13b: Blechhalter
14: Halter
14a: Halter
15: Halter
15a: Halter
16: Halter
16a: Halter
17: Halter
17a: Halter
18: mittlerer Blechhalter

Claims

Verfahren zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech (1) mit folgenden Schritten: a) Ein Stahlblech (1) wird auf eine Temperatur oberhalb seiner Umwandlungstemperatur Ac3 erwärmt; b) Das erwärmte Stahlblech (1) wird in ein gekühltes Pressenwerkzeug (2) eingelegt, wobei ein Formwerkzeug (3, 3b, 4) wenigstens einen ungekühlten Konturabschnitt (6, 6a) zur Ausbildung eines Bereichs (7) verringerter Härte aufweist; c) Randbereiche (9) des Stahlblechs (1) werden über eine Blechhalteranordnung (11, 11a, 11b) klemmend fixiert; d) Das Pressenwerkzeug (2) wird zur Umformung des Stahlblechs (1) geschlossen, wobei die Blechhalteranordnung (11, 11a, 11b) das Nachfließen der Randbereiche (9) in das Formwerkzeug (3, 3b, 4) bremst; e) Die Blechhalteranordnung (11, 11a, 11b) weist einen inneren Blechhalter (13, 13a, 13b) und einen äußeren Blechhalter (12, 12a, 12b) auf, wobei der innere Blechhalter (13, 13a, 13b) näher an dem Formwerkzeug (3, 3b, 4) liegt als der äußere Blechhalter (12, 12a, 12b), und wobei der Randbereich (9) des Stahlblechs (1) in einer ersten Umformphase von dem äußeren Blechhalter (12, 12a, 12b) gehalten wird und in einer späteren Umformphase von dem inneren Blechhalter (13, 13a, 13b) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Blechhalter (13, 13a, 13b) erst dann mit dem Stahlblech (1) in Kontakt gebracht wird, wenn derjenige Bereich (7) des Randbereichs (9), der später in dem ungekühlten Konturabschnitt (6, 6a) liegt, aus dem Bereich des inneren Blechhalters (13, 13a, 13b) herausgezogen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem äußeren Blechhalter (12b) und dem inneren Blechhalter (13b) wenigstens ein weiterer, mittlerer Blechhalter (18) angeordnet ist, welcher zeitlich nach dem äußeren Blechhalter (12b) aber vor dem inneren Blechhalter (13b) mit dem Randbereich (9) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Blechhalter (12a, 12b, 13a, 13b) einen oberen Halter (14, 14a, 16, 16a) und einen unteren Halter umfasst (15, 15a, 17, 17a), wobei die oberen und unteren Halter (16, 16a, 17, 17a) des äußeren Blechhalters (12, 12a) unabhängig von dem oberen und unteren Haltern (14, 14a, 15, 15a) eines inneren oder mittleren Blechhalters (13, 13a, 13b, 18) verlagert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechhalter (12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b, 18) gekühlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (7), der die verringerte Härte aufweisen soll, nicht mit einem Blechhalter (12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b, 18) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (7), der die verringerte Härte aufweisen soll, vor der Umformung außerhalb des Formwerkzeugs (3, 3b, 4) zwischen geschlossenem äußeren Blechhalter (12, 12a, 12b) und dem Formwerkzeug (3, 3b, 4) angeordnet ist, und der während der Umformung in das Formwerkzeug (3, 3b, 4) eingezogen wird, während der innere Blechhalter (13, 13a, 13b) offen gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Blechhalter (13, 13a, 13b) geschlossen wird, wenn der auszubildende Bereich (7) verringerter Härte sich außerhalb des inneren Blechhalters (13, 13a, 13b) befindet und in das Formwerkzeug (3, 3b, 4) eingezogen worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das pressgehärtete Formbauteil zugeschnitten wird, wobei die Schnittkante zumindest teilweise in dem Bereich (7) verringerter Härte verläuft.
Vorrichtung zum Presshärten eines metallischen Formbauteils aus einem härtbaren Stahlblech (1), umfassend ein in eine Umformpresse eingliederbares Pressenwerkzeug (2) und eine Blechhalteranordnung (11, 11a, 11b), dadurch gekennzeichnet, dass die Blechhalteranordnung (11, 11a, 11b) einen inneren Blechhalter (13, 13a, 13b) und einen äußeren Blechhalter (12, 12a, 12b) aufweist, wobei der innere Blechhalter (13, 13a, 13b) näher an einem Formwerkzeug (3, 3b, 4) des Pressenwerkzeugs (2) liegt als der äußere Blechhalter (12, 12a, 12b), und wobei die Blechhalter (12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b) zeitlich zueinander versetzt mit dem Stahlblech (1) in Kontakt bringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem äußeren Blechhalter (12b) und dem inneren Blechhalter (13b) mindestens ein weiterer Blechhalter (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Blechhalter (12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b) einen oberen Halter (14, 14a, 16, 16a) und einen unteren Halter (15, 15a, 17, 17a) umfasst, wobei wenigstens ein Halter (16, 16a, 17, 17a) des äußeren Blechhalters (12, 12a, 12b) unabhängig von einem Halter (14, 14a, 15, 15b) des inneren Blechhalters (13, 13a, 13b) verlagerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halter des äußeren Blechhalters (12) ein ortsfester Gegenhalter ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechhalter (12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b, 18) gekühlt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft des äußeren Blechhalters (12, 12a, 12b) größer ist als eine Haltekraft des inneren Blechhalters (13, 13a, 13b).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Blechhalter (12a) breiter ist als der innere Blechhalter (13a).