DE102008063985B4

DE102008063985B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen partiell gehärteter Stahlblechbauteile

Info

Publication number: DE102008063985B4
Application number: DE102008063985.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Hartmann; Tobias Hägele
Original assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Current assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: DE102008063985A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils aus einem Stahlblech, wobei eine Stahlblechplatine oder ein vorgeformtes oder fertiggeformtes Stahlblechbauteil auf eine zum Härten notwendige Temperatur aufgeheizt wird und anschließend in ein Werkzeug eingelegt wird, in dem die Platine oder das Stahlblechbauteil gehärtet wird, wobei zum Erzielen von Bereichen einer geringeren oder ohne Härtung in diesen Bereichen das Werkzeug über mit Gas spülbare Ausnehmungen (4) verfügt, wobei eine Gasspülung so vorgenommen werden kann, dass sich in diesen Bereichen Gaspolster ergeben, welche ein Abkühlen mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, vermindert oder ausschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen partiell gehärteter Stahlblechbauteile mit eingestellten Duktilitäten.
Um den steigenden Anforderungen im Fahrzeugbau bezüglich der Absicherung der Fahrgastzellen im Crash-Fall sowie Gewichtseinsparungen gerecht zu werden, werden in Kraftfahrzeugen zunehmend höchst feste Stähle eingesetzt, die bei geringerem Gewicht eine höhere Härte als herkömmliche Kraftfahrzeugstähle besitzen.
Zur Herstellung solcher Bauteile ist es bekannt, Platinen aufzuheizen und in einem entsprechenden Werkzeug umzuformen und rasch abzukühlen um hierdurch eine Presshärtung zu erzielen. Zudem sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, bei denen die Platine teilsweise oder vollständig auf Endgeometrie vorgeformt, anschließend erhitzt und in einem entsprechenden Werkzeug entweder fertig geformt oder lediglich noch durch schnelles Abkühlen gehärtet wird.
Das Presshärten der Bauteile ermöglicht es, nach dem Erhitzen und anschließenden schnellen Abkühlen höchstfeste Bauteile mit sehr engen Beschnitt- und Formtoleranzen herzustellen.
Aus der WO 2006/015849 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein praktisch auf Endgeometrie fertig geformtes Bauteil in ein Werkzeug eingelegt wird, wobei dieses Bauteil im Bereich der Ränder fest geklemmt wird und vorzugsweise lediglich im Bereich der positiven Radien unterstützt wird. Dieses Bauteil wird im erhitzten Zustand eingelegt und wird in der Form schnell abgekühlt, um es zu härten. Bei diesem Abkühlen legt sich das Bauteil im Bereich der positiven Radien an die Form an, wodurch es dimensionsstabil abgekühlt wird. In den übrigen Bereichen können die Formen mit Luftspalten vom Bauteil entfernt angeordnet sein, um das Schrumpfen des Bauteils nicht zu behindern.
Aus der WO 2006/038868 A1 ist ein Verfahren zum Warmumformen und Härten eines Metallblechs bekannt, bei dem Ausfräsungen in den Formhälften vorhanden sind, so dass Haltestege verbleiben, die das Blechbauteil während des Abkühlens halten. In den Bereichen, in denen die Formhälften nicht an dem Blech anliegen, sollen weichere Zonen des Endprodukts entstehen.
Aufgrund der hohen Sprödigkeit sowie der geringen Dehnwerte von pressgehärteten Bauteilen besteht im Crash-Lastfall die Gefahr, dass die Bauteile durch die auftretenden hohen Spannungen reißen oder brechen. Es ist deshalb erforderlich, gezielt Bereiche, die zu einem Bauteilversagen beim Fahrzeug-Crash führen könnten, durch Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Werkstoffkennwerten gezielt zu entlasten. Hierbei ist es nicht ausreichend nur gezielt Schwächungsbereiche zu erzeugen, denn an derartige Bauteile werden hohe Anforderungen gestellt, so dass es zwingend notwendig ist, in allen Bereichen des Bauteils die mechanischen Kennwerte gezielt einzustellen und sicher vorherzusagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von partiell gehärteten Stahlblechbauteilen zu schaffen, mit dem es gelingt, gehärtete Stahlblechbauteile mit Zonen unterschiedlicher vorhersagbarer mechanischer Eigenschaften zu erzielen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird bei einem Bauteil aus Stahlblech ein Teilbereich der Dehngrenze, der Zugfestigkeit, der Dehnung und der Duktilität bei schneller Deformation im Crash-Fall bei der Herstellung verändert. Hiermit können die beim Crash auftretenden Spannungen gezielt auf das Bauteil verteilt werden.
Hierbei können erfindungsgemäß die mechanischen Kennwerte und die Duktilität von pressgehärteten oder warmumgeformten Bauteilen in genau definierten und exakt eingeschränkten Teilbereichen beeinflusst werden und zwar ohne den kompletten Teilequerschnitt zu schwächen und zudem mit einer definierten Veränderung auch bestimmte gewünschte Werte.
Erfindungsgemäß wird das hierfür verwendete Presshärtewerkzeug in den Bereichen, für die eine größere Duktilität gefordert ist, mit eingefrästen Luftpolstern versehen. Die Luftpolster sind in ihrer Geometrie so gewählt, dass eine bereichsweise Anlage der Bauteile in den Aktivradien besteht, so dass ein Verformen der Bauteile beim Abkühlen verhindert wird, jedoch auch diese Bereiche in der Duktilität gezielt beeinflusst werden können.
Um das Abkühlen der Bauteile auch im Bereich der Luftpolster mit der jeweils für die Duktilität geforderten bestmöglichen Abkühlzeit zu erreichen, werden die Luftpolster mit Pressluft, die in der Temperatur je nach Anwendungsfall gekühlt oder erwärmt ist oder anderen Gasen gespült.
Hiermit wird eine Abkühlgeschwindigkeit erzielt, die üblicherweise geringer ist als die Abkühlgeschwindigkeit an den insbesondere wassergekühlten Formwerkzeughälften.
Die Luftpolster werden hierbei generell dadurch realisiert, dass in einer Formwerkzeughälfte bzw. Formflächenschale Nuten und insbesondere flache Nuten kreisscheibenförmige Aussparungen oder auch eckige flache Aussparungen eingefräst werden, wobei diese Aussparungen mit Zuluft- und Abluftkanälen ausgestattet sind, wobei vorzugsweise bei einer Reihe von Nuten eine randseitige Nut mit einer Zuluftbohrung ausgebildet wird und anschließend die Nuten untereinander mit Verbindungsbohrungen versehen sind, durch die das Gas, beispielsweise Pressluft von einer Nut zur anderen gelangt, während die gegenüberliegende randseitige Nut über eine entsprechende Auslassöffnung verfügt.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein maßliches Verziehen der Bauteile verhindert wird, da die Geometrie der Luftpolster so gewählt ist, dass die Bauteile beim Abkühlen an den Anlageradien bereichsweise anliegen und somit der beim Abkühlen einsetzende Schrumpfungsprozess und daraus resultierender Teileverzug positiv beeinflusst wird. Insbesondere ist die Geometrie der Luftpolsternuten so gewählt, dass das Bauteil in der Form von einer Art Gitterstruktur gehalten wird, die sich aus den zwischen den Nuten liegenden und diese begrenzenden Stegen ergibt.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:
1: stark schematisiert und in einer schrägen Draufsicht eine teilgeschnittene Formwerkzeugschale mit eingefrästen Luftpolsternuten und ein darauf aufliegendes Bauteil;
2: einen Schnitt durch ein geschlossenes Formwerkzeug nach der Erfindung;
3: einen Detailschnitt gemäß 2;
4: eine Anordnung und Geometrie möglicher Luftpolsternuten auf einer Proben-Formwerkzeughälfte,
5: eine Rückansicht der Formwerkzeughälfte nach 4;
6: ein Schnitt der Formwerkzeughälfte nach 4;
7: Abkühlkurve im Bereich einer Luftpolsternut;
8: eine weitere Abkühlkurve;
9: eine weitere Abkühlkühlkurve;
10: Härteergebnisse auf der Probeplatine bei 1,5 mm Blechdicke;
11: Härteergebnisse auf der Probeplatine bei 2 mm Blechdicke;
12: die Abkühlkurve ohne Luftpolster;
13: die Abkühlkurve bei 3 mm Luftpolsterdicke;
14: eine Übersicht über Abkühlkurven bei unterschiedlichen Luftpolstertiefen;
15: ein erfindungsgemäßes Werkzeug im Querschnitt;
16: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges;
17: eine erneute Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges;
18: einen weiteren Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit integrierten keramischen Stiften;
19: eine Detailvergrößerung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges;
20: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges mit sichtbaren Verbindungsbohrungen;
21: ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit im Luftpolster integrierten Induktionsspulen;
22: eine Abkühlkurve mit einem Werkzeug mit einem nicht beheizten Keramikeinsatz;
23: eine Abkühlkurve eines Werkzeuges mit beheiztem Keramikeinsatz;
24: den Temperaturverlauf bei einem zweigeteilten Presshärteprozess;
25: eine Vergleichskurve der Abkühlung eines Blechs von 500°C bei 30°C Umgebungstemperatur.
In 1 ist die erfindungsgemäße Kühlschale 1 in einer teilgeschnittenen Ansicht gezeigt, bei der sie von einem Teil eines umzuformenden Bauteils 2 abgedeckt wird. Man erkennt die Zuluftleitungen 3, die untereinander verbundenen Luftpolsternuten 4 und die Abluftleitungen 5, wobei die Luftpolsternuten hierbei kreisscheibenförmige Ausnehmungen sind.
Im Schnitt gesehen erkennt man ein Werkzeugoberteil 6 und ein Werkzeugunterteil 7, wobei am Werkzeugoberteil 6 und am Werkzeugunterteil 7 je eine Kühlschale 1 angeordnet ist. Die Kühlschalen 1 besitzen im Wesentlichen eine Kontur, die dem fertigen Bauteil 2 entspricht. In den Kühlschalen 1 erkennt man an den dem Bauteil 2 zugewandten Flächen 8 die eingebrachten Luftpolsternuten 4, die über eine Zuluftleitung 3 mit einem entsprechenden Gasstrom beaufschlagt werden können und über die Abluftleitungen 5 verfügen, mit denen der Gasstrom abgeleitet wird.
In 3, die eine entsprechende Vergrößerung des Schnittes darstellt, erkennt man das zwischen den Kühlschalen 1 geklemmte Werkstück, wobei in den Kühlschalen 1 die Zufluftleitungen 3 zu den nächstgelegenen sich diametral gegenüberliegenden Luftpolsternuten 4 gelangen. Man erkennt zudem die Verbindungsbohrungen V der Luftpolsternuten 4 um einen durchgehenden Gasstrom zu ermöglichen.
Die Anzahl der Zuführungsbohrungen bzw. -leitungen 3 und Abführungsbohrungen bzw. -leitungen 5 wird so gewählt, dass ein optimaler Gasfluss erzielt wird, wobei wichtig ist, dass beim Schließen des Werkzeuges in allen Luftpolsternuten 4 ein ausreichender Gasdruck zum Aufbau des entsprechenden Luftpolsters vorhanden ist. Insofern muss der Gasfluss so eingestellt werden, dass eine wiederholbare und prozesssichere verzögerte Abkühlung beim Presshärten ermöglicht wird.
In der ersten Abkühlphase (ab Bauteileinlage) kann durch Kaltluftzufuhr, welche durch die Luftpolster strömt, die Temperatur schnell auf eine Wunschtemperatur, z. B. 500°C gebracht werden. Um diese Wunschtemperatur für eine gewisse Zeit zu halten, wird nun in einer zweiten Abkühlphase heiße Luft durch die Luftpolster geblasen. Dies bewirkt, dass das Bauteil auf Wunschtemperatur bleibt und so eine homogene bainitische Gefügeumwandlung stattfinden kann.
Die 4 bis 6 zeigen die Anordnung und Geometrie von erfindungsgemäßen Luftpolsternuten 4 in einer Versuchskühlschale.
Die gezeigten Luftpolsternuten 4 sind flache, in die Oberfläche 8 der Kühlschale 1 eingebrachte Ausnehmungen, die unterschiedliche Formen und Durchmesser besitzen können. Man erkennt hierbei beispielsweise kreisscheibenförmige Luftpolsternuten 4a, welche jeweils in Gruppen angeordnet sind, wobei die Luftpolsternuten 4a kreisscheibenförmige bzw. zylindrische Ausnehmungen sind, die sich von der Oberfläche 8 der Kühlschale 1 in diese hinein erstrecken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Luftpolsternuten 4 als angenähert quadratische großflächige Luftpolsternuten 4b ausgebildet, wobei die Eckbereiche abgerundet sind und sich die Luftpolsternuten 4b im Wesentlichen über die gleiche Tiefe ins Innere der Kühlschale 1 erstrecken, wie die Nuten 4a.
Darüber hinaus ist es möglich, die Luftpolsternuten 4 als rechteckige, parallel zur Längserstreckung der Kühlschale 1 verlaufende Nuten 4c auszubilden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Mehrzahl von kleinen zylindrischen Nuten 4d als Nutenfeld ausgebildet, wobei dieses Nutenfeld aus Nuten 4d, insbesondere um einen Vergleich herstellen zu können, eine gleiche Grundfläche bedeckt wie die quadratische Nut 4b. Hierbei bleiben die zwischen den zylindrischen Nuten 4d verbleibenden Restflächen der Oberfläche 8 quasi als Gittermuster stehen, welches auf eine aufzulegende Platine einwirkt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Luftpolsternuten 4 als sich längs erstreckende Nuten 4e ausgebildet, wobei im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von sich längs erstreckenden Luftpolsternuten 4e quer zur Längserstreckung der Kühlschale 1 angeordnet ist, wobei die Luftpolsternuten 4e einen geringen Abstand zueinander besitzen, so dass die verbleibenden Teile der Oberfläche 8 als schmale Streifen vorhanden sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Nuten 4 als Luftpolsternuten 4f länglich rechteckig analog zu den Nuten 4c ausgebildet, wobei diese Nuten jedoch mit ihrer Längserstreckung quer zur Längserstreckung der Kühlschale 1 angeordnet sind.
Erfindungsgemäß können in den Bereichen, in denen das Bauteil duktiler ausgebildet sein soll, auch entsprechend der Kontur des Bauteils eine oder mehrere der gezeigten Nuten vorhanden sein, insbesondere können auch Kombinationen aus den gezeigten Nuten bzw. Nutenfeldern vorhanden sein.
Mit einem spiegelsymmetrischen Paar der vorbeschriebenen Versuchskühlschale wurden Abkühlversuche durchgeführt.
Die entsprechenden Versuchsanordnungen und Abkühlkurven, die erzielt werden konnten, sind in den 7 bis 12 gezeigt.
Die Versuche wurden an planen, ebenen Platinen der Größe 600 × 300 mm durchgeführt, wobei drei Blechstärken verwendet wurden, nämlich 1 mm, 1,5 mm und 2 mm. Die Platinen wurden hierbei in einem Ofen aufgeheizt, wobei die Ofentemperatur 910°C betrug. Die Platinen wurden nach Erreichen der Zieltemperatur aus dem Ofen händisch herausgenommen und auf eine der Kühlschalen 1 bzw. Formwerkzeughälften 1 abgelegt.
Die Platinenablage im Werkzeug erfolgt hierbei auf sogenannten Sankyo-Stiften.
Die Temperatur wird während des Pressvorgangs mit Hilfe eines Thermofühlers T erfasst und im Diagramm aufgezeichnet, wobei der Thermofühler T jeweils auf die Platine geschweißt werden.
Durch die Luftpolster wird die Abkühlung des Bauteils im Luftpolsterbereich deutlich verzögert. Dies liegt daran, dass Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und sich während des Abkühlprozesses erwärmt und so ein warmes/heißes Luftpolster bildet (13). Hierdurch wird bewirkt, dass sich das Material nicht über den ursprünglichen Presshärtevorgang martensitisch umwandelt, sondern ein Mischgefüge entsteht. Dieses Mischgefüge ist deutlich weicher, elastischer und plastischer verformbar (12, 13).
Es ist möglich, durch eine Variation der Luftpolsterformen unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten zu erzeugen. Hierbei leiten kleine Luftpolster die Energie des Bauteils deutlich schneller ab als große Luftpolster, was sich selbstverständlich auf die Bauteileigenschaften auswirkt (7, 8, 9). Problematisch hierbei sind die Auflageflächen (Haltebereiche/Aktivradien) in denen das Bauteil direkt an der Werkzeugschale aufliegt. Diese Auflageflächen sind zwingend notwendig, um das Bauteil in Form und auf Maß zu halten. Diese Auflageflächen können je nach Größe der Auflagefläche harte (eigentlich unerwünschte) Bereiche erzeugen, da hier, wie beim ursprünglichen Presshärtevorgang am kalten Werkzeug eine martensitische Umwandlung stattfindet.
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass je größer die Auflagefläche ist, umso geringer die Härtereduktion der Luftpolster ist. Unterschiedliche Luftpolstertiefen erzeugen hierbei unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten bei gleich bleibender Auflagefläche und Luftpolsterform (14). Die Größe, Tiefe, Form, Platzierung und Anzahl der Luftpolster ist hierbei variabel und auch je nach Bauteilgeometrie verschieden.
Durch die Verbindungsbohrungen 5 ist es möglich während des Pressvorgangs heiße oder kalte Luft durch die Luftpolster zu blasen und somit die Bauteiltemperatur auf ein bestimmtes Niveau, z. B. 500°C für eine bestimmte Zeit zu halten (1–3, 16, 20). Darüber hinaus ist von Vorteil, dass die Auflagefläche an den Werkzeugschalen (Haltebereiche des Bauteils) die Temperatur der heißen durchströmenden Luft annehmen. Dies kann durch direkt unterhalb der Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen und durch die angrenzenden heißen Luftpolster sichergestellt werden, so dass die bereits angesprochenen möglicherweise harten Haltebereiche vermieden werden.
Erfindungsgemäß kann hierzu ein nahezu homogenes bainitisches Gefüge auch in den an sich problematischen Haltebereichen erzielt werden.
Ähnlich wie die Variabilität der Luftpolster sind auch die Verbindungsbohrungen in ihrer Größe, Tiefe, Form, Platzierung und Anzahl variabel und je nach Bauteilgeometrie verschieden.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, die Auflageflächen in den Haltebereichen aus Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit auszubilden (15, 16, 19), wobei diese keramischen Auflageflächen 5a bzw. diese Keramikeinsätze 5a zudem beiheizt werden können. Hierbei werden die Luftpolster, wie in 15 oder 16 gezeigt, beibehalten.
Die Größe, Form, Platzierung und Anzahl der keramischen Auflageflächen ist variabel und wird im Wesentlichen von der Bauteilgeometrie bestimmt, da diese die positiven Radien und Auflage-/bzw. Anlageflächen definiert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (17) wird eine vollkeramische Werkzeugschale eingesetzt, welche es ermöglicht, ein homogenes Gefüge einzustellen. Wird eine solche keramische Werkzeugschale aus einer Keramik oder einem Keramikguss ausgebildet, der nicht beheizt ist, findet sich ein noch relativ harter aber spannungsarmer Martensit (22). Wird vorteilhafter Weise die Keramik bzw. der Keramikguss entsprechend durch ein Heizkreislauf 11 (17) beheizt, bildet sich ein weicheres bainitisches Gefüge (23).
Von Vorteil ist es, die Keramik so auszuwählen, dass die Wärmeleitfähigkeit sehr gering ist und die Wärmekapazität möglichst hoch. Bei der Verwendung einer Keramik liegt die zu haltende Temperatur der Keramik zwischen 200°C und 300°C, um ein bainitisches Gefüge auszubilden. Wird eine Gusskeramik verwendet, liegt die zu haltenden Temperatur der Keramik bei etwa 100°C.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden viele kleine Keramikstifte 14 im Luftpolster angeordnet, um genügend Auflagefläche für das Bauteil zu schaffen (18). Die geringen keramischen Auflageflächen durch die Stifte 14 und das umgebende Luftpolster bewirken, dass die Energie dem Bauteil in diesen Bereichen langsam entzogen wird, selbst an den Auflagepunkten. Falls es notwendig ist, besteht die Möglichkeit entweder wieder das Luftpolster 12 oder die einzelnen keramischen Stifte 13 (4) zu heizen. Auch hierbei ist selbstverständlich die Größe, Form, Platzierung und Anzahl der keramischen Auflageflächen variabel und auch je nach Bauteilgeometrie verschieden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (21) werden gegenüber den Haltebereichen (Aktivradien) im Werkzeug und am Haltebereich der Teilenden Induktionsspulen 15 integriert bzw. angebracht (21). Die Induktionsspulen wirken so dem Energiefluss entgegen. Durch die Induktionsspulen wird im Bauteil so viel Energie zugeführt, wie Energie über die Auflageflächen abgeführt wird. Hierdurch kann eine konstante Temperatur von z. B. 500°C auch in den Haltebereichen erzeugt werden. Zudem ist es möglich, im Luftpolster die Induktionsspulen 15 gleichmäßig zu verteilen und so im Bauteil für eine gewisse Zeit ein konstante homogene Temperatur zu erzeugen, wodurch sich das Gefüge homogen bainitisch umwandeln kann.
Vorteil der in die Luftpolster integrierten Induktionsspulen 15 ist, dass die Induktionsspule 15 nicht gegen die sonst direkt am Bauteil anliegenden gekühlten Werkzeugoberflächen arbeiten muss. Da das Werkzeug gekühlt ist, erhitzen sich die Induktionsspulen auch nicht, weil sie im Werkzeug eingebettet sind.
Die Luftpolster wirken auch hier als isolierende Schicht zwischen dem gekühlten Werkzeug und dem heißen Bauteil, wobei die Werkzeuge von den Induktionsspulen nicht erhitzt werden, da sie nicht ferromagnetisch sind. Gegen die Strahlungswärme des Bauteils können die Induktionsspulen durch zusätzliches Isoliermaterial oder durch tiefe Einbettung in das Werkzeug geschützt werden.
Wird eine Heizung eingesetzt, um das Bauteil für eine bestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur zu halten, ist es im Einzelfall erforderlich, einen zweigeteilten Prozess durchzuführen (24). Dies ist notwendig, um eine Taktzeitverkürzung zu realisieren, wobei der gezeigte Prozess ein zweigeteilter Presshärteprozess ist, welcher für partielle Bereiche eines Bauteils, wie auch für komplette Bauteile geeignet ist.
In der Presse befinden sich zwei unterschiedliche Presswerkzeuge pro Bauteilseite oder im Anschluss an die Presse eine Vorrichtung für Stufe (Abkühlen auf Raumtemperatur). Im Ersten wird durch Beheizen der Werkzeugschale (Luftpolster oder Keramik oder Induktion, wie bereits beschrieben) in bestimmten Bauteilbereichen die Temperatur auf ein gewünschtes Niveau gebracht und diese Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten. Nach Ende der Haltezeit wird das in bestimmten Bereichen noch heiße Bauteil per Roboter in ein zweites Presswerkzeug gelegt, wobei das Bauteil hierbei an Luft während des Transfers weiter abkühlt. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass die Temperatur nicht unter die Martensitstarttemperatur absinkt.
Im zweiten Presswerkzeug wird dann der noch heiße Bauteilbereich schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, entsprechend dem üblichen, bisherigen Presshärteprozess. Dieser zweigeteilte Prozess ermöglicht eine deutliche Taktzeitreduktion im Vergleich zu einem einzelnen Presswerkzeug.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die Anzahl, Größe und Verteilung der Luftpolsternuten sowie den durchgesetzten Gasstrom sehr feinfühlig die Härte eines abschreckgehärteten Bauteils einstellbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Kühlschale
2: Bauteil
3: Zuluftleitungen
4: Luftpolsternuten
4a: kreisscheibenförmige Luftpolsternuten
4b: annähernd quadratische großflächige Luftpolsternuten
4c: rechteckige Nuten parallel zur Längserstreckung von 1
4d: zylindrische Nuten, ein Nutenfeld bildend
4e: sich längs erstreckende Nuten
4f: längliche rechteckige Nuten quer zur Längserstreckung von 1
5: Abluftleitungen
6: Werkzeugoberteil
7: Werkzeugunterteil
8: Oberfläche
11: Heizkreislauf
12: Luftpolster
13: Stifte
14: Keramikstifte
15: Induktionsspulen
V: Verbindungsbohrungen
T: Thermofühler

Claims

Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils aus einem Stahlblech, wobei eine Stahlblechplatine oder ein vorgeformtes oder fertiggeformtes Stahlblechbauteil auf eine zum Härten notwendige Temperatur aufgeheizt wird und anschließend in ein Werkzeug eingelegt wird, in dem die Platine oder das Stahlblechbauteil gehärtet wird, wobei zum Erzielen von Bereichen einer geringeren oder ohne Härtung in diesen Bereichen das Werkzeug über mit Gas spülbare Ausnehmungen (4) verfügt, wobei eine Gasspülung so vorgenommen werden kann, dass sich in diesen Bereichen Gaspolster ergeben, welche ein Abkühlen mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, vermindert oder ausschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gasspülung Luft oder Inertgas, wie CO₂ oder N verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen mit einem vortemperierten, insbesondere gekühlten oder aufgeheizten Gas gespült werden.
Vorrichtung zum Härten von Stahlbauteilen, wobei zumindest zwei Formwerkzeughälften (6, 7) vorhanden sind, welche zum zumindest teilbereichsweisen Abkühlen eines erhitzten Stahlbauteils oder einer erhitzten Platine über zumindest je eine Kühlschale (1) pro Formwerkzeughälfte (6, 7) verfügt, insbesondere Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kühlschalen (1) werkstückseitig in den Bereichen, in denen eine verringerte oder keine Härte des Bauteils gewünscht ist, Ausnehmungen (4) in der Oberfläche (8) vorhanden sind, wobei die Ausnehmungen (4) zur Erzeugung eines Gaspolsters während des Pressens der Platine oder des Bauteils über Gaszuführungs- und Gasabführungsbohrungen verfügen und zudem eine Einrichtung vorhanden ist, mit der Gas durch die Zuführungsbohrungen in die Ausnehmungen einbringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (4) bzw. Luftpolsternuten (4) eine Kontur bzw. Fläche einnehmen, die der Fläche entspricht, die eine verringerte oder keine Härte besitzen soll.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen, in denen eine verringerte oder keine Härte gewünscht ist, eine Mehrzahl von Ausnehmungen (4) oder Luftpolsternuten (4) vorhanden ist, welche den Bereich der verringerten oder nicht vorhandenen Härte abdecken, wobei zwischen den Luftpolsternuten Stege verbleiben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen bzw. Haltebereiche im den Aktivradien des Bauteils durch unterhalb der Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen beheizbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber den Haltebereichen oder Aktivradien im Werkzeug Induktionsspulen (15) integriert sind, welche dem Energieabschluss aus dem Blech in das Werkzeug entgegenwirkend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschale aus einer Keramik oder einem Keramikguss ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebereiche im Bereich der Aktivradien, in denen das Bauteil aufliegt, aus Keramik ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftpolsternuten Keramikstifte als zusätzliche Auflageflächen für das Bauteil vorhanden sind.