[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen gehärteter
Stahlbauteile.
[0002] Gehärtete Stahlbauteile haben insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen den
Vorteil, dass durch ihre herausragenden mechanischen Eigenschaften eine Möglichkeit
besteht, eine besonders stabile Fahrgastzelle zu erstellen, ohne dass Bauteile verwendet
werden müssen, die bei normalen Festigkeiten viel massiver und dadurch schwerer ausgebildet
werden.
[0003] Zur Erzeugung derartiger gehärteter Stahlbauteile werden Stahlsorten, die durch eine
Abschreckhärtung härtbar sind, verwendet. Derartige Stahlsorten sind zum Beispiel
borlegierte Mangankohlenstoffstähle, wobei der am weitesten eingesetzte Stahl der
22MnB5 ist. Aber auch andere borlegierte Mangankohlenstoffstähle werden hierfür verwendet.
[0004] Um aus diesen Stahlsorten gehärtete Bauteile zu erzeugen, muss das Stahlmaterial
auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt werden (>Ac
3) und abgewartet werden, bis der Stahlwerkstoff austenitisiert ist. Je nach gewünschtem
Härtegrad können hier Teil- oder Vollaustenitisierungen erzielt werden.
[0005] Wird ein solches Stahlmaterial nach der Austenitisierung mit einer über der kritischen
Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit abgekühlt, wandelt die austenitische
Struktur in eine martensitische, sehr harte Struktur um. Auf diese Weise sind Zugfestigkeiten
R
m bis über 1500 MPa erzielbar.
[0006] Zur Erzeugung der Stahlbauteile sind derzeit zwei Verfahrenswege üblich.
[0007] Beim sogenannten Formhärten wird eine Stahlblechplatine aus einem Stahlband ausgeschnitten
und anschließend in einem üblichen, beispielsweise fünfstufigen Tiefziehprozess zum
fertigen Bauteil tiefgezogen. Dieses fertige Bauteil wird hierbei etwas kleiner dimensioniert,
um eine nachfolgende Wärmedehnung beim Austenitisieren zu kompensieren.
[0008] Das so erzeugte Bauteil wird anschließend austenitisiert und dann in ein Formhärtewerkzeug
eingelegt, in dem es gepresst, aber nicht oder nur sehr gering umgeformt wird und
durch die Pressung die Wärme aus dem Bauteil in das Presswerkzeug fließt, und zwar
mit der über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit.
[0009] Der weitere Verfahrensweg ist das sogenannte Presshärten, bei dem eine Platine aus
einem Stahlblechband ausgeschnitten wird, anschließend die Platine austenitisiert
wird und die heiße Platine in einem einstufigen Schritt umgeformt und gleichzeitig
mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit abgekühlt
wird.
[0010] In beiden Fällen können mit metallischen Korossionsschutzschichten, z.B. Zink, versehene
Platinen verwendet werden. Das Formhärten wird auch als indirekter Prozess bezeichnet
und das Presshärten als direkter Prozess. Der Vorteil des indirekten Prozesses ist,
dass aufwändigere Werkstücksgeometrien realisierbar sind.
[0011] Der Vorteil des direkten Prozesses ist, dass ein höherer Materialnutzungsgrad allerdings
bei geringerer Bauteilkomplexität erreicht werden kann.
[0012] Beim Presshärten ist jedoch von Nachteil, dass es insbesondere bei verzinkten Stahlblechplatinen
dazu kommt, dass Mikrorisse in der Oberfläche gebildet werden.
[0013] Hierbei wird zwischen Mikrorissen erster Ordnung und Mikrorissen zweiter Ordnung
unterschieden.
[0014] Mikrorisse erster Ordnung werden auf das sogenannte Liquid Metal Embrittlement zurückgeführt.
Man vermutet, dass flüssige Zinkphasen während des Umformens, d.h. während Zugspannungen
auf das Material aufgebracht werden, mit noch bestehenden Austenitphasen in Wechselwirkung
geraten, wodurch Mikrorisse mit Tiefen bis zu einigen 100 µm im Material erzeugt werden.
[0015] Der Anmelderin ist es gelungen, durch Kühlen des Materials zwischen der Entnahme
aus dem Erhitzungsofen und vor dem Einlegen in das Umformwerkzeug auf Temperaturen,
bei denen keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, dies zu unterbinden. Dies
bedeutet, dass die Warmumformung bei Temperaturen unter etwa 750°C stattfindet.
[0016] Die Mikrorisse zweiter Ordnung sind bislang bei der Warmumformung trotz Vorkühlung
nicht beherrschbar und entstehen auch bei Warmumformtemperaturen unter 600°C. Die
Risstiefen hierbei betragen einige 10 pm.
[0017] Weder Mikrorisse erster Ordnung noch Mikrorisse zweiter Ordnung werden von den Anwendern
akzeptiert, da dies eine mögliche Schadensquelle darstellt.
[0018] Mit den bisherigen Methoden kann eine Produktion von Bauteilen ohne Mikrorisse zweiter
Ordnung aber nicht gesichert dargestellt werden.
[0019] Aus der
DE 10 2011 055 643 A1 ist ein Verfahren und Umformwerkzeug zum Warmumformpresshärten von Werkstücken aus
Stahlblech bekannt, und insbesondere aus verzinkten Werkstücken aus Stahlblech. Hierbei
soll die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize in ihrem durch einen
positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit einem Materialstoff flüssig
beschichtet sein oder mit einem Einsatzteil versehen sein, das eine Wärmeleitfähigkeit
aufweist, die um mindestens 10 W/(m x K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des
dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts der Matrize, der beim Warmumformen und
Presshärten des Werkstücks mit demselben in Kontakt gelangt. Die dem Werkstück zugewandte
Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials oder des angeordneten
Einsatzteiles soll ein sich über die Ziehkante erstreckendes Quermaß besitzen, das
im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize liegt.
Hierdurch sollen die Fließeigenschaften von Werkstücken aus Stahlblech während des
Warmumformens verbessert werden und damit die Gefahr des Auftretens von Rissen bei
der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, vorzugsweise verzinkten Stahlplatinen,
erheblich reduziert werden. Mit einem solchen Werkzeug können jedoch Mikrorisse zweiter
Art nicht vermieden werden.
[0020] Aus der
DE 10 2011 052 773 A1 ist ein Werkzeug für ein Presshärtewerkzeug bekannt, wobei die formgebende Oberfläche
des Werkzeugs bereichsweise durch in die Formoberfläche zwei eingebrachte Mikrovertiefungen
mikrostrukturiert. Durch diese Maßnahme soll die für die Umformung eines Rohlings
effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit einem Rohling auf die zwischen
den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile vier beschränkt werden. Hierdurch soll
die Reibung vermindert werden.
[0021] Aus der
DE 10 2004 038 626 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt,
wobei vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbeschnitt des
Formteils und gegebenenfalls erforderliche Ausstanzungen bzw. die Erzeugung eines
Lochbildes vorgenommen wird und das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise
auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffs
ermöglicht, und wobei das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt
wird und im Formhärtewerkzeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das
zumindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge
das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei das Bauteil vom Formhärtewerkzeug
im Bereich der positiven Radien gestützt wird, teilbereichsweise zumindest und im
Bereich der Beschnittkanten vorzugsweise von zwei Klemmen festgehalten wird und in
Bereichen, in denen das Bauteil nicht geklemmt wird, das Bauteil zumindest zu einer
Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist. Diese Maßnahme dient dazu, das
Bauteil verzugsfrei klemmen zu können und unterschiedliche Härtegradienten durch unterschiedliche
Härtegeschwindigkeiten einzustellen.
[0022] Aufgabe der Erfindung ist es, Mikrorisse zweiter Art in direkt warmumgeformten, also
pressgehärteten Bauteilen zu vermeiden.
[0023] Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0024] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0025] Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Stahlblechplatinen
im Presshärteverfahren warmumgeformt und gehärtet werden können und bei dem Mikrorisse
vermieden werden.
[0026] Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0027] Die Erfinder haben erkannt, dass Mikrorisse zweiter Art entstehen, wenn in zugbelasteten
Bereichen der auftretende Zinkdampf in hinreichender Konzentration zum Stahl gelangt,
sogenanntes Vapour Metal Embrittlement (VME). Zinkdampf entsteht durch Aufreißen der
Zinkeisenschicht bei der Dehnung während des Umformvorgangs. Hinreichende Konzentration
tritt insbesondere in jenen Bereichen auf in welchen direkter Kontakt des Blechs mit
dem Werkzeug vorherrscht oder ein sehr geringer Abstand des Blechs zum Werkzeug vorliegt.
Ein sehr geringer Abstand im Sinne der Erfindung ist weniger als 0,5 mm.
[0028] Erfindungsgemäß sollen Mikrorisse zweiter Ordnung vermieden werden, wobei ein möglichst
großes Arbeitsfenster hinsichtlich Material und Temperatur erhalten bleibt und die
Umsetzung kostengünstig ist. Bei mindestens gleicher Durchlaufzeit soll keine Taktzeiterhöhung
bzw. Durchsatzreduktion bei der Bauteilherstellung resultieren.
[0029] Erfindungsgemäß wird bei den zugbelasteten Bereichen (Dehnungsrandfaser) der auftretende
Zinkdampf bzw. freies Zink durch Zutritt von Sauerstoffhaltigen Fluiden rasch in eine
stabile Verbindung wie Zinkoxid oder ZnO2 umgewandelt. Des Weiteren kann der Schutz
des Stahls gegen Mikrorisse zweiter Ordnung auch durch Erzeugung einer Schutzschicht
wie zB Oxidschicht, mittels Zuführen eines Fluids erreicht werden. Die beschriebenen
Maßnahmen haben gezeigt, dass Mikrorisse deutlich reduziert werden.
[0030] Besonders bevorzugt sind gasförmige sauerstoffhaltige Fluide wie beispielsweise Luft
oder Sauerstoff da diese das Werkzeug nicht über Gebühr verunreinigen können bzw.
auch eine allfällige unerwünschte massive Kühlwirkung wie durch bsp. Wasser durch
Temperierung des Fluids leichter reguliert werden kann.
[0031] Erfindungsgemäß werden im Werkzeug vorzugsweise im Bereich der positiven Radien oder
benachbart zu den positiven Radien Einsätze eingesetzt, die einen Sauerstoffzutritt
dann zulassen, wenn die Blechplatine verformt wird, also wenn das Platinenmaterial
fließt. Weiters können Einsätze auch an Engstellen bzw. Kontaktbereichen der Blechplatine
mit dem Werkzeug vorgesehen sein, wobei diese Kontaktbereiche als jene Bereiche definiert
sind, in welchem das Blech maximal 0,5 mm Abstand zum Werkzeug aufweist.
[0032] Hierzu muss das entsprechende Material selbstverständlich im Bereich der positiven
Radien gestützt werden, denn dies sind die Kanten, die die Verformung bewirken und
den Materialfluss einleiten.
[0033] Benachbart zu diesen Kanten und von diesen so beabstandet, dass die Einsätze nicht
beschädigt werden, besitzen die Einsätze Mittel, die einen Sauerstoffzutritt ermöglichen.
Diese Mittel sind Sintermetalleinsätze oder poröse Keramikeinsätze, in denen nach
dem Auseinanderfahren und Aushärten des Werkstücks und vor dem Einlegen einer neuen
Platine so viel Sauerstoff gespeichert wird, dass dieser an freiwerdendes Zink oder
freiwerdendes Zinkphasen abgegeben werden kann.
[0034] Darüber hinaus können die Einsätze über freigestellte Flächen verfügen, so dass das
Material, nachdem es an der Kante vorbeigeflossen ist, zum Einsatz beabstandet ist.
[0035] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dieser Freistellungsbereich geschlitzt
ausgebildet, so dass eine Mindeststützung des Materials möglich ist, jedoch der Sauerstoffzutritt
gewährleistet wird.
[0036] In all diesen Fällen können zudem Fluidanschlussleitungen vorhanden sein, die in
die Freistellungen oder in die Bereiche münden, die mit Sintermetall oder poröser
Keramik aufgefüllt sind, so dass ausreichend Sauerstoff zugeführt wird. Dies kann
im einfachsten Fall Luft oder auch zum Beispiel Wasserdampf sein.
[0037] Materialien, die von sich aus ein hohes Sauerstoffdiffusionsvermögen haben, beispielsweise
bestimmte Keramiken, können auch massiv ausgebildet sein und werden entweder während
die Presse offen ist oder von der Rückseite her mit Fluiden, die Sauerstoff enthalten,
beaufschlagt und speichern diesen solange, bis dieser an freiwerdende Zinkeisenphasen
oder freiwerdendes Zink abgegeben werden kann.
[0038] Diese Einsätze können sowohl an der Matrize als auch an der Patrize ausgebildet sein.
[0039] Eine Beladung mit Sauerstoff kann auch durch Fluten des Formhohlraums, beispielsweise
mit Wasserdampf oder den bereits genannten Medien, durchgeführt werden.
[0040] Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 beispielhaft einen Werkzeugeinsatz in massiver Ausgestaltung;
Figur 2 einen Werkzeugeinsatz mit Freistellung;
Figur 3 einen weiteren Werkzeugeinsatz mit Freistellung;
Figur 4 einen geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer seitlichen Schnittansicht;
Figur 5 den geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer formflächenseitigen Ansicht.
[0041] Ein erfindungsgemäßer Einsatz 1 ist beispielsweise aus einer Keramik und insbesondere
einer Oxidkeramik ausgebildet. Der keramische Einsatz verläuft entlang von Ziehkanten
2 und ist im Werkzeug anstelle der metallischen Ziehkante 2 eingesetzt, wobei er eine
Rückseite 3 und eine Unterseite 4 besitzt, mit denen er in einer Aussparung in dem
metallischen Werkzeug formschlüssig eingesetzt ist. Zudem besitzt der keramische Einsatz
1 eine Oberseite 6 und eine Formvorderseite 5, wobei die Formvorderseite 5 und die
Oberseite 6 vorzugsweise mit den entsprechenden Flächen des Werkzeugs fluchten.
[0042] Dieser keramische Einsatz kann massiv oder dicht und hart oder porös hart ausgebildet
sein.
[0043] Im Bereich der Flächen 3 oder 4 kann aus dem metallischen Formwerkzeug dem entsprechend,
insofern die Keramik sauerstoffleitend ausgebildet ist oder porös ausgebildet ist,
ein Gasanschluss (nicht gezeigt) vorhanden sein, der durch den Einsatz 1 hindurch
Sauerstoff in ausreichender Konzentration an den Bereich der Flächen 5 und der Ziehkante
2 bringt.
[0044] Im Bereich der Fläche 5 benachbart zur Ziehkante 2 ist eine Freisparung 7 vorgenommen
(Figur 2). Die Freisparung 7 hat beispielsweise eine Tiefe von 5 bis 10 mm, während
der gesamte Einsatz beispielsweise eine Höhe zwischen den Flächen 4 und 6 von 35 bis
50 mm und eine Breite zwischen den Flächen 3 und 5 von 15 bis 30 mm besitzt.
[0045] Die Ziehkante 2 ist dabei so ausgebildet, dass die Dicke der Ziehkante vor der Freisparung
7 in etwa ihrem Radius entspricht.
[0046] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist anstelle einer Freisparung 7
benachbart zur Ziehkante 2 (Figur 3) lediglich eine parallel zur Fläche 6 verlaufende
Nut 8 vorhanden, die beispielsweise eine Tiefe von 5 bis 8 mm besitzt, wobei die Höhe
der Nut 8 zwischen der Ziehkante 2 und der Fläche 5 8 bis 12 mm beträgt.
[0047] Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass bereits eine solche Nut 8 bei dieser
Dimensionierung so viel Sauerstoff nach dem Ausformen eines Bauteils und dem Einlegen
einer neuen Platine als Gas bevorratet, dass die ausreichende Sauerstoffversorgung
bei der Umformung gewährleistet ist.
[0048] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figuren 4, 5) ist die Fläche 5
mit Schlitzen 9 ausgebildet, die von einer Fläche 4 in Richtung zur Ziehkante 2 verlaufen,
jedoch die Ziehkante 2 nach wie vor eine Dicke besitzt, die ihrem Radius entspricht.
[0049] Die Schlitzbreite beträgt hierbei 4 bis 8 mm bei einem Schlitzabstand von 7 bis 11
mm, so dass eine Stegbreite von 2 bis 5 mm realisiert wird, bei einer Schlitztiefe
von 5 bis 9 mm. Auch hierbei hat sich gezeigt, dass die Stegbreite keinen negativen
Einfluss auf die Sauerstoffversorgung besitzt.
[0050] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die Freisparungen
7 bzw. die Nut 8 oder die Schlitze 9 mit einem porösen keramischen Material oder einem
porösen Sintermetallmaterial aufgefüllt, wobei an der Rückseite 3 des Einsatzes Zufuhröffnungen
für Sauerstoff enthaltende Fluide vorhanden sein können und/oder die Sintermetall-
oder Keramikeinsätze zwischen den Umformvorgängen so mit Sauerstoff beladen werden,
beispielsweise durch Fluten des Formenhohlraumes mit Wasserdampf, oder die Keramik
und/oder das Sintermetall eine so hohe Sauerstoffaffinität besitzt, dass während der
Umformvorgänge Sauerstoff aufgenommen wird, der während des Ziehvorganges an freiwerdende
Zinkeisen oder Zinkphasen abgegeben wird.
[0051] Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch relativ einfache Maßnahmen die Entstehung
von Mikrorissen zweiter Ordnung wirkungsvoll unterbunden werden kann, wobei auch bestehende
Umformwerkzeuge durch Ausfräsen der positiven Radienbereiche bzw. Ziehkanten das Einsetzen
entsprechend geformter Einsätze nachgerüstet werden können.
[0052] Neben dem 22MnB5 finden auch - vor allem beim direkten Presshärteprozess - der 20MnB8,
22MnB8 und andere Mangan-Bor-Stähle Anwendung.
[0053] Für die Erfindung sind somit Stähle dieser Legierungszusammensetzung geeignet (alle
Angaben in Masse-%):
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
Cr |
Ti |
B |
N |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
[%] |
0,20 |
0,18 |
2,01 |
0,0062 |
0,001 |
0,054 |
0,03 |
0,032 |
0,0030 |
0,0041 |
[0054] Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei als Umwandlungsverzögerer
in derartigen Stählen insbesondere die Legierungselemente Bor, Mangan, Kohlenstoff
und optional Chrom und Molybdän verwendet werden.
[0055] Für die Erfindung sind auch Stähle der allgemeinen Legierungszusammensetzung geeignet
(alle Angaben in Masse-%):
Kohlenstoff (C) |
0,08-0,6 |
Mangan (Mn) |
0,8-3,0 |
Aluminium (Al) |
0,01-0,07 |
Silizium (Si) |
0,01-0,8 |
Chrom (Cr) |
0,02-0,6 |
Titan (Ti) |
0,01-0,08 |
Stickstoff (N) |
< 0,02 |
Bor (B) |
0,002-0,02 |
Phosphor (P) |
< 0,01 |
Schwefel (S) |
< 0,01 |
Molybdän (Mo) |
< 1 |
[0056] Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
[0057] Insbesondere als geeignet erwiesen haben sich Stahlanordnungen wie folgt (alle Angaben
in Masse-%):
Kohlenstoff (C) |
0,08-0,35 |
Mangan (Mn) |
1,00-3,00 |
Aluminium (Al) |
0,03-0,06 |
Silizium (Si) |
0,01-0,20 |
Chrom (Cr) |
0,02-0,3 |
Titan (Ti) |
0,03-0,04 |
Stickstoff (N) |
< 0,007 |
Bor (B) |
0,002-0,006 |
Phosphor (P) |
< 0,01 |
Schwefel (S) |
< 0,01 |
Molybdän (Mo) |
< 1 |
[0058] Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
1. Verfahren zum Presshärten von verzinkten Stahlblechbauteilen, wobei einem Stahlblechband
aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine ausgeschnitten wird und die Platine
anschließend austenitisiert wird, indem sie auf eine Temperatur größer AC
3 erhitzt wird und anschließend in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und in dem Umformwerkzeug
umgeformt und beim Umformen mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit
abgekühlt wird, und dass zur Vermeidung von Mikrorissen zweiter Art der umzuformenden
Blechplatine während des Umform- und Härtevorganges
- an und/oder benachbart zu positiven Radien und/oder Ziehkanten und/oder
- an Kontaktbereichen Sauerstoff zugeführt wird, wobei dass der Sauerstoffzutritt
durch im Formwerkzeug benachbart zu den oder im Bereich der Ziehkanten und/oder positiven
Radien Einsätze (1) aus Sauerstoff speichernden Materialien vorgesehen werden, welche
so dimensioniert sind, dass das Tiefziehen nicht beeinträchtigt wird und die Einsätze
(1) ein Reservoir für Sauerstoff bildet, wobei die Einsätze (1) aus Sintermetallen,
porösen Keramiken oder dichten Keramiken verwendet werden, wobei in den keramischen
Einsätzen eine Freisparung (7) angeordnet ist, die so dimensioniert ist, dass die
verbleibende Dicke der Ziehkante (2) zwischen einer die Ziehkante (2) begrenzenden
Fläche und der Freisparung (5) in etwa ihrem Radius entspricht.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (1) von der Formwerkzeugseite her mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden
Fluiden gespeist werden oder die Einsätze (1) oder der Formenhohlraum zwischen zwei
Umformvorgängen mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltendem Fluid geflutet werden.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche
zum Presshärten oder Warmumformen und Härten von Stahlblechplatinen mit zwei Formwerkzeughälften,
wobei die zwei Formwerkzeughälften mit einer Platine tiefziehend zusammenwirken und
aufeinander zufahrbar und auseinanderfahrbar ausgebildet sind, wobei entsprechend
einer gewünschten Umformkontur zumindest ein positiver Radius oder ein Ziehkantenbereich
mit einer Ziehkante (2) vorhanden ist, der keramische Einsatz anstelle einer metallischen
Ziehkante (2) eingestellt ist, wobei er formschlüssig in der jeweiligen Formwerkzeughälfte
eingesetzt ist, wobei in dem keramischen Einsatz eine Freisparung (7) angeordnet ist,
die so dimensioniert ist, dass die verbleibende Dicke der Ziehkante (2) zwischen einer
die Ziehkante (2) begrenzenden Fläche und der Freisparung (5) in etwa ihrem Radius
entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisparung (5) zwischen der Ziehkante (2) und einer Formwerkzeugfläche (4) eine
Höhe besitzt, die etwa 25 bis 35 mm bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm beträgt oder als
Nut (8) ausgebildet ist, welche eine Höhe zwischen der Fläche (4) und der Ziehkante
(2) besitzt, die in etwa 8 bis 12 mm beträgt bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm oder im
Bereich der Wandung (4) benachbart zur Ziehkante (2) eine Mehrzahl von in Ziehrichtung
verlaufenden Schlitzen (9) als Freisparungen vorhanden sind, wobei die Schlitze (9)
eine Schlitzbreite von 4 bis 8 mm und ein Schlitzabstand von 7 bis 11 mm besitzen,
so dass die verbleibenden Stege eine Breite von 1 bis 5 mm besitzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisparungen (7), die Nuten (8) oder die Schlitz (9) rückseitig, d.h. vom Werkzeug
her, mittels Zuführungen und entsprechend gebohrter Leitungen mit einem sauerstoffhaltigen
Fluid versorgbar sind.
1. A method for press-hardening galvanized sheet steel components, wherein a blank is
cut out of a sheet steel strip made of a hardenable steel alloy and the blank is then
austenitized by heating it to a temperature greater than Ac
3 and then placing it in a forming tool and forming it in the forming tool and cooling
it during forming at a speed above the critical hardening speed, and that, in order
to avoid microcracks of the second type on the sheet metal blank to be formed during
the forming and hardening process, oxygen is supplied
- at and/or adjacent to positive radii and/or drawing edges and/or
- at contact areas,
the oxygen being admitted by inserts (1) of oxygen-storing materials which are provided
in the forming tool adjacent to or in the region of the drawing edges and/or positive
radii, which inserts are dimensioned in such a way that deep-drawing is not impaired,
and the inserts (1) form a reservoir for oxygen, wherein the inserts (1) are made
of sintered metals, porous ceramics or dense ceramics, wherein a recess (7) is arranged
in the ceramic inserts, which is dimensioned such that the remaining thickness of
the drawing edge (2) between a surface bounding the drawing edge (2) and the recess
(5) approximately corresponds to its radius.
2. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the inserts (1) are fed with oxygen or oxygen-containing fluids from the forming
tool side, or the inserts (1) or the mold cavity are/is flooded with oxygen or an
oxygen-containing fluid between two forming operations.
3. A device for carrying out the method according to any of the preceding claims for
press-hardening or hot-forming and hardening steel sheet blanks with two forming tool
halves, wherein the two forming tool halves cooperate with a blank in a deep-drawing
manner and are designed so as to be able to be moved towards each other and away from
each other, wherein, corresponding to a desired forming contour, at least one positive
radius or one drawing edge region comprising a drawing edge (2) is present, the ceramic
insert is set in place of a metallic drawing edge (2), wherein it is inserted in a
form-fitting manner in the respective mold half, wherein a recess (7) is arranged
in the ceramic insert, which recess is dimensioned such that the remaining thickness
of the drawing edge (2) between a surface bounding the drawing edge (2) and the recess
(5) corresponds approximately to its radius.
4. The device according to claim 3, characterized in that the recess (5) between the drawing edge (2) and a forming tool surface (4) has a
height which is about 25 to 35 mm at a depth of 5 to 9 mm or is formed as a groove
(8) which has a height between the surface (4) and the drawing edge (2) which is approximately
8 to 12 mm at a depth of 5 to 9 mm, or in the region of the wall (4) adjacent to the
drawing edge (2) a plurality of slots (9) extending in the drawing direction are present
as recesses, the slots (9) having a slot width of 4 to 8 mm and a slot spacing of
7 to 11 mm, so that the remaining webs have a width of 1 to 5 mm.
5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the recesses (7), the grooves (8) or the slots (9) can be supplied with an oxygen-containing
fluid at the rear, i.e. from the side of the tool, by means of feeding systems and
correspondingly drilled lines.
1. Procédé de trempe sous presse de composants en tôle d'acier galvanisés, sachant qu'un
flan est découpé dans une bande de tôle d'acier composée d'un alliage d'acier trempable
et le flan est ensuite austénitisé en ce qu'il est chauffé à une température supérieure
à Ac
3 et ensuite inséré dans un outil de mise en forme et mis en forme dans l'outil de
mise en forme et refroidi lors de la mise en forme à une vitesse supérieure à la vitesse
de trempe critique, et, pour éviter les microfissures de deuxième type du flan de
tôle à mettre en forme pendant l'opération de mise en forme et de trempe, de l'oxygène
est amené
- au niveau et/ou à proximité de rayons positifs et/ou d'angles d'emboutissage et/ou
- au niveau de zones de contact,
sachant que l'apport d'oxygène est réalisé via des inserts (1) en matériaux stockant
de l'oxygène qui sont prévus dans l'outil de formage à proximité ou au niveau des
angles d'emboutissage et/ou rayons positifs et qui sont dimensionnés de telle sorte
que l'emboutissage ne soit pas entravé et les inserts (1) forment un réservoir à oxygène,
sachant que les inserts (1) sont composés de métaux frittés, de céramiques poreuses
ou de céramiques denses, sachant que dans les inserts en céramique est ménagé un dégagement
(7) qui est dimensionné de telle sorte que l'épaisseur restante de l'angle d'emboutissage
(2) entre une face délimitant l'angle d'emboutissage (2) et le dégagement (5) corresponde
approximativement à son rayon.
2. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les inserts (1) sont alimentés depuis le côté outil de formage en oxygène ou en fluides
contenant de l'oxygène ou les inserts (1) ou l'espace de formage sont balayés avec
de l'oxygène ou un fluide contenant de l'oxygène entre deux opérations de mise en
forme.
3. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes
pour la trempe sous presse ou la mise en forme à chaud et la trempe de flans de tôle
d'acier avec l'aide de deux moitiés d'outil de formage, sachant que les deux moitiés
d'outil de formage interagissent de manière emboutissante avec un flan et sont constituées
de manière à pouvoir translater l'une vers l'autre et s'écarter l'une de l'autre,
sachant qu'au moins un rayon positif ou une zone d'angle d'emboutissage comportant
une angle d'emboutissage (2) est présent conformément à un contour de mise en forme
souhaité, l'insert céramique est ajusté à la place d'un angle d'emboutissage (2) métallique,
sachant qu'il est inséré par complémentarité de forme dans la moitié d'outil de formage
respective, sachant que dans l'insert céramique est ménagé un dégagement (7) qui est
dimensionné de telle sorte que l'épaisseur restante de l'angle d'emboutissage (2)
entre une face délimitant l'angle d'emboutissage (2) et le dégagement (5) corresponde
approximativement à son rayon.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dégagement (5) présente entre l'angle d'emboutissage (2) et une moitié d'outil
de formage (4) une hauteur qui est d'environ 25 à 35 mm pour une profondeur de 5 à
9 mm ou est constitué comme rainure (8), laquelle présente une hauteur entre la face
(4) et l'angle d'emboutissage (2) qui est approximativement de 8 à 12 mm pour une
profondeur de 5 à 9 mm ou, au niveau de la paroi (4) à proximité de l'angle d'emboutissage
(2), une pluralité de fentes (9) s'étendant en direction de l'emboutissage sont présentes
comme dégagements, sachant que les fentes (9) présentent une largeur de fente de 4
à 8 mm et un espacement de fente de 7 à 11 mm de sorte que les âmes restantes présentent
une largeur de 1 a 5 mm.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les dégagements (7), les rainures (8) ou les fentes (9) sont alimentables côté arrière,
c.-à-d. depuis l'outil, en un fluide contenant de l'oxygène moyennant des amenées
et des conduites percées de manière appropriée.