DE102004035887A1

DE102004035887A1 - Profilgewalzte und lasergeschweißte Blechplatine

Info

Publication number: DE102004035887A1
Application number: DE102004035887A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Schmahls
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blechplatine (6) als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau. Die Blechplatine (6) umfasst mindestens zwei Bleche (1', 2) unterschiedlicher Dicke (3, 4), die durch eine Stumpfschweißnaht (5) miteinander verbunden sind. Um einen Stufensprung in den aneinanderbordenden Randbereichen (7, 8) der beiden Bleche (1', 2) zu vermeiden, wird die Dicke (3') des dickeren Blechs (1') im Randbereich (7) durch Walzen auf die Dicke (4) des dünneren Blechs (2) reduziert. Anschließend wird das dickere Blech (1') im Randbereich (7) durch eine Stumpfschweißnaht (5) mit dem dünneren Blech (2) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blechplatine („Tailored Blank") als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Viele Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile in Kraftfahrzeugen, sind in einzelnen Teilbereichen unterschiedlich stark belastet. Um den lokalen Anforderungen in bezug auf Steifigkeit, Festigkeit etc. nachzukommen und gleichzeitig ein möglichst geringes Bauteilgewicht zu erreichen, ist es bekannt, als Halbzeuge für die Herstellung solcher Bauteile sogenannte „Tailored Blanks" einzusetzen. Dies sind Platinen, die aus mehreren Einzelblechen unterschiedlicher Materialstärke und/oder unterschiedlicher Werkstoffbeschaffenheit bestehen. Zur Herstellung der Tailored Blanks werden die Einzelbleche im Stumpfstoß zueinander positioniert und durch ein Schweißverfahren, beispielsweise durch Laserschweißen, miteinander verbunden. Diese Tailored Blanks dienen dann als Platinen, aus denen mit Hilfe bekannter Umformverfahren, insbesondere mit Hilfe des Tiefziehens, die gewünschten Bauteile geformt werden.

Werden die Tailored Blanks aus Einzelblechen unterschiedlicher Materialstärke hergestellt, so liegt im Bereich der Verbindungsnaht ein Stufensprung vor. Dieser Stufensprung des Tailored Blanks kann nachteilige Effekte auf das Bauteil haben, das aus diesem Tailored Blank hergestellt werden soll; beispielsweise können – je nach Lage des Stufensprungs – Dichtprobleme auftreten, oder der Stufensprung kann sich auf einem mit dem Bauteil verbundenen Außenbauteil abzeichnen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Effekte wird in der WO 96/19306 vorgeschlagen, in dem zur Herstellung des Bauteils verwendeten Umformwerkzeug Formeinsätze vorzusehen, die während des Umformvorgangs eine Glättung des Stufensprungs bewirken. Diese Formeinsätze haben also zur Folge, dass der Übergang von dem einen auf das andere, in der Dicke erheblich unterschiedlich bemessene Blech in einer sanften Kurve verläuft.

Allerdings bedeutet die Gestaltung und Dimensionierung der Formeinsätze einen Zusatzaufwand und ist daher aufwendig und teuer. Weiterhin müssen die Formeinsätze für jede Bauteiländerung Bauteile neu ausgelegt und berechnet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Tailored Blank als Halbzeug zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Bauteils in einer solchen Weise zu gestalten, dass dieses Tailored Blank in einem herkömmlichen Ziehwerkzeug – also ohne Formeinsätze – zu einem qualitativ hochwertigen Bauteil umgeformt werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tailored Blanks bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2, 5 und 6 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Dicken der Bleche, aus denen das Tailored Blank zusammengesetzt ist, bereits vor dem Zusammenfügen der Einzelbleche lokal aneinander anzupassen und den Stufensprung, der bei einem Tailored Blank aufgrund der unterschiedlichen Dicke der Einzelbleche auftritt, nicht – wie in der WO 96/19306 vorgeschlagen – erst im Zuge der Umformung des Tailored Blanks zu glätten. Die Erfindung sieht vor, eines (oder beide) der im Tailored Blank aneinander bordenden Bleche vor dem gegenseitigen Fügen mit Hilfe eines Walzverfahrens in seiner Dicke zu reduzieren, um ein Angleichung der Blechdicken im gegenseitigen Fügebereich zu erreichen. Die Verwendung eines Walzverfahrens hat den Vorteil, dass die lokale Dickenreduktion des betreffenden Blechs kostengünstig in einem Durchlaufverfahren durchgeführt werden kann. Insbesondere kann diese Dickenreduktion bereits im Walzwerk erfolgen, indem ein Coil, aus dem später die Bleche zugeschnitten werden, mit einem (oder mehreren) in Coilrichtung verlaufenden bandförmigen Abschnitten lokal auf eine geringere Materialstärke gewalzt wird.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das dickere Blech in einem Randbereich auf die Materialstärke des dünneren Blechs gewalzt. Im gegenseitigen Fügebereich haben somit die beiden Bleche die Materialstärke des dünneren Blechs. – In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform entspricht das dünnere Blech einem (ursprünglich) dicken Blech, das in randfernen Bereichen auf eine niedrigere Blechdicke gewalzt worden ist. Zur Herstellung des Tailored Blank wird dieses (dünnere) Blech in seinem (dicken) Randbereich mit einem dicken Blech verbunden, so dass die beiden Bleche im gegenseitigen Fügebereich die Materialstärke des dickeren Blechs haben. – Daneben sind unterschiedliche Mischformen der vorgewalzten Bleche möglich, wie z.B. zwei dickere Bleche, die beide im gegenseitigen Fügebereich auf eine geringere Blechstärke reduziert sind. Die Blechstärken der Einzelbleche können durch Walzen in einer solchen Weise lokal reduziert werden, dass sie auf die lokalen Festigkeitsanforderungen des Bauteils angepasst sind. Durch Zusammenfügen von Einzelblechen unterschiedlicher Werkstoffbeschaffenheit und unterschiedlicher (lokaler) Blechdicke kann so ein Tailored Blank erzeugt werden, das optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten ist und dessen Materialstärke über das gesamte Tailored Blank hinweg stetig (also ohne Dickesprünge) variiert.

Vorteilhafterweise sind die Einzelbleche in einer solchen Weise zusammengefügt, dass die Oberseiten der Einzelbleche in einer Nachbarschaft des Randbereichs in einer gemeinsamen Ebene liegen. Diese Oberseiten bilden dann die „Sichtseite" des fertigen, aus dem Tailored Blank gefertigten Bauteils, denn sie sind bereits vor dem Umformen flach und brauchen daher während des Umformens des Tailored Blanks nicht geglättet zu werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Blechplatine ...
1a ... vor dem Walzen,
1b ... vor dem Verschweißen und
1c ... nach dem Verschweißen;
2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Blechplatine in einer weiteren Ausführungsform ...
2a ... vor dem Walzen,
2b ... vor dem Verschweißen und
2c ... nach dem Verschweißen;
1a zeigt zwei Einzelbleche 1,2 unterschiedliche Dicke 3,4 und mit Randbereichen 7,8, in denen sie durch eine Schweißnaht 5 zu einer Blechplatine 6 zusammengefügt werden sollen. Aus dieser Blechplatine 6 wird in einem weiteren Prozessschritt – beispielsweise durch ein Umformverfahren – ein Bauteil für den Kraftfahrzeugbau geformt.
Die Einzelbleche 1,2 bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen bzw. haben unterschiedliche Materialeigenschaften. Beispielsweise können die Einzelbleche 1,2 aus verschiedenen Legierungen, insbesondere Stahllegierungen, bestehen. Alternativ können die Einzelbleche 1,2 auf unterschiedliche Weise vorbehandelt sein, so dass z.B. eines der Bleche 1 durch eine Wärmebehandlung besonders duktil gemacht wurde, während sich das andere Blech 2 in einem unbehandelten Zustand befindet. Durch diese unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften und der Dicken 3,4 der Einzelbleche 1,2 kann eine Platine 6 erzeugt werden, die optimal auf die (lokalen) Beanspruchungen des daraus herzustellenden Bauteils abgestimmt ist.
Zur Herstellung der Blechplatine 6 wird das dickere Einzelblech 1 zunächst im Randbereich 7 durch ein Walzverfahren dickenreduziert, bis die Materialstärke dieses dickeren Blechs 1' in diesem Randbereich 7 einen Wert 3' erreicht hat, der näherungsweise der Materialstärke 4 des dünneren Blechs 2 entspricht; dies ist in 1b schematisch durch eine Walzrolle 9 angedeutet. Dabei brauchen die lokalen Blechdicken 3',4 nicht genau übereinzustimmen; es ist vielmehr ausreichend, wenn die Blechdicken im Randbereich näherungsweise den gleichen Wert haben.
Anschließend werden die beiden Bleche 1',2 in den Randbereichen 7,8 mit Hilfe eines Laserstrahls 10 miteinander verbunden (siehe 1c).
Das Walzen des dickeren Blechs 1 erfolgt vorteilhafterweise in einer solchen Weise, dass die Blechdicke 3 dieses Blechs 1 nur im Bereich einer Innenseite 13 reduziert wird, so dass die Oberseite 11 dieses Blechs 1' auch nach dem Walzverformen flach ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die fertig gefügte Platine 6 eine flache Oberseite 11,12 hat.
2a bis 2c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Ausgangspunkt sind hierbei zwei Einzelbleche 1,2 mit Materialstärken 3,4 (siehe 2a). Die Dicke 4 des Einzelblechs 2 in einem randfernen Bereich 15 wird in einem ersten Prozesschritt mit Hilfe eines Walzverfahrens auf einen Wert 4' reduziert, der der gewünschten (lokalen) Dicke der fertigen Platine 6' entspricht; dies ist in 2b durch eine Walzrolle 9' angedeutet. Anschließend werden die beiden Einzelbleche 1,2' mit Hilfe des Laserschweißens in den Randbereichen 7,8 zu der Platine 6' gefügt. Auf diese Weise entsteht eine Platine 6', die im Bereich der Schweißnaht 5' die Materialstärke 3 des dickeren Blechs 1 hat.
Neben den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 sind eine Vielzahl von Mischformen möglich, in denen beispielsweise beide Einzelbleche 1,2 vor dem Verbinden mit Hilfe des Walzens lokal dickenreduziert werden, um eine vorbestimmte gewünschte Materialstärke einzustellen. Insbesondere können durch das Walzen – neben der Dickenreduktion im Fügebereich 7,8 – gezielt lokale Schwächungsbereiche in die Einzelbleche 1,2 eingebracht werden.

Claims

Blechplatine (6) als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau, die mindestens zwei durch eine Stumpfschweißnaht (5) miteinander verbundenen Bleche (1',2) unterschiedlicher Dicke (3,4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke (3') des dickeren Blechs (1') in einem Randbereich (7), in dem das dickere Blech (1') mit dem dünneren Blech (2) verbunden ist, durch Walzen auf die Blechdicke (4) des dünneren Blechs (2) reduziert ist.
Blechplatine (6') als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau, die mindestens zwei durch eine Stumpfschweißnaht (5') miteinander verbundenen Bleche (1,2') unterschiedlicher Dicke (3,4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke (4') des dünneren Blechs (2') in einem Randbereich (8), in dem das dickere Blech (1) mit dem dünneren Blech (2') verbunden ist, auf die Blechdicke (3) des dickeren Blechs (1) erhöht ist.
Blechplatine (6,6') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (1,1',2,2') aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Blechplatine (6,6') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten (11,12) der beiden Bleche (1,1',2,2') in einer Nachbarschaft des Randbereichs (7,8) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Verfahren zur Herstellung einer Blechplatine (6) als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau, die mindestens zwei durch eine Stumpfschweißnaht miteinander verbundenen Bleche (1',2) unterschiedlicher Dicke (3,4) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: – die Dicke (3') des dickeren Blechs (1') wird in einem Randbereich (7) mittels eines Walzverfahrens auf die Dicke (4) des dünneren Blechs (2) reduziert; – das dickere Blech (1') wird in dem Randbereich (7) durch eine Stumpfschweißnaht (5) mit dem dünneren Blech (2) verbunden.
Verfahren zur Herstellung einer Blechplatine (6') als Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils im Kraftfahrzeugbau, die mindestens zwei durch eine Stumpfschweißnaht miteinander verbundenen Bleche (1,2') unterschiedlicher Dicke (3,4) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: – ein Halbzeug (2) zur Herstellung des ersten Blechs (2') wird mittels eines Walzverfahrens in einer solchen Weise bearbeitet, dass seine Blechdicke (4) in einem Randbereich (8) der Blechdicke (3) des zweiten Blechs (1) entspricht, während es in einem randfernen Bereich (15) auf eine geringere Blechdicke (4') reduziert wird; – das so hergestellte erste Blech (2') wird in dem Randbereich (8) durch eine Stumpfschweißnaht (5') mit dem zweiten Blech (1) verbunden.