[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen eines hochfesten Stahlblechs zu einen
biegetechnisch fertigen Werkstück mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch
1 bzw. mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8, sowie ein biegetechnisch
fertiges Werkstück mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 10.
[0002] Hochfeste Stahlblech mit einer Zugfestigkeit größer 500 MPa, häufig mit Zugfestigkeiten
größer 800 MPa oder größer 1.000 MPa, haben insbesondere im Automobilbau zunehmend
Einzug gehalten. Im einzelnen darf dazu auf die einschlägige neuere Fachliteratur
verwiesen werden, in der die Besonderheiten verschiedener hochfester Stähle im einzelnen
erläutert werden (
Thyssen Krupp, 2005, "Umformverhalten höher- und höchstfester Mehrphasenstähle").
[0003] Das erfindungsgemäße Verfahren befasst sich mit einer besonderen Methode, ein hochfestes
Stahlblech in reproduzierbarer Weise in einem bestimmten Biegewinkel zu biegen. Die
hohe Zugfestigkeit des hochfesten Stahlblechs führt beim Biegen dazu, daß eine hohe
und schwer berechenbare Rückfederung auftritt. Das hat damit zutun, daß die für die
Beibehaltung des gebogenen Zustandes erforderliche plastische Verformung des Stahlblechs
im Biegebereich wesentlich später eintritt als bei normalfesten Stahlblechen. Das
führt im Ergebnis zu erheblichen Toleranzproblemen der biegetechnisch fertigen Werkstücke
und der Notwendigkeit, auch während einer Serienproduktion eines solchen Werkstücks
die Werkzeuge dauernd anzupassen.
[0004] Die zuvor erläuterten Probleme treten insbesondere dort auf, wo mit einem relativ
großen Biegeradius, beispielsweise einem Biegeradius von 20 mm und mehr, gearbeitet
werden muß. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren so auszugestalten
und weiterzubilden, daß es besonders auf das Biegen eines hochfesten Stahlblechs ausgerichtet
ist.
[0005] Das zuvor aufgezeigte Problem ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
[0006] Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem "biegetechnisch fertigen" Werkstück
ein solches zu verstehen, das jedenfalls für den betrachteten Bereich keinen weiteren
Biegeschritten mehr unterworfen wird, das aber durchaus weiteren Bearbeitungen wie
Stanzen, Ausklinken etc. unterworfen werden kann, ebenso wie weiteren Biegebearbeitungen
in anderen Bereichen des Werkstücks.
[0007] Mit dem Begriff "Biegewinkel" ist hier der Winkel gemeint, um den das flache, gestreckte
Stahlblech gegenüber seiner Ausgangslage gebogen wird. Es ist also der Außenwinkel
gemessen gegenüber der gestreckten Lage von 0°. Der Innenwinkel zwischen den Schenkeln
des gebogenen Werkstücks komplettiert diesen Biegewinkel jeweils zu 180°. Eine Biegung
mit einem geringen Biegewinkel hat also einen großen Innenwinkel, sie wirkt flach,
während eine Biegung mit einem großen Biegewinkel einen geringen Innenwinkel hat und
spitz wirkt.
[0008] Normalerweise folgte der Biegeradius in der Größe dem zuvor erläuterten Innenwinkel,
der dem Biegewinkel der ausgeführten Biegung entspricht. Normalerweise wird man somit
eine flache Biegung mit einem geringen Biegewinkel und einem großen Innenwinkel mit
einem großen Biegeradius ausführen.
[0009] Erfindungsgemäß ist jedoch erkannt worden, daß für das Biegen eines hochfesten Stahlblechs
mit einer Zugfestigkeit größer 500 MPa, vorzugsweise größer 800 MPa oder gar größer
1.000 MPa eine genau umgekehrte Verfahrensweise zu guten Ergebnissen führt. Ein vorgegebener
Soll-Biegewinkel wird erfindungsgemäß in eine Mehrzahl von wesentlichen kleineren
Detail-Biegwinkeln aufgeteilt. Der Soll-Biegewinkel wird durch eine Mehrzahl von flachen
Biegungen, die seitlich beanstandet sind und parallel zueinander verlaufen realisiert.
Im Schnitt hat das gebogene, biegetechnisch fertige Werkstück im Bereich der Gesamtbiegung
eine polygonzugartige Struktur.
[0010] Entgegen der bislang an sich üblichen Verfahrensweise bei der Ausführung von "flachen"
Biegungen wird der Detail-Biegeradius der jeweiligen Biegungen durch das Werkzeug
klein vorgegeben, wesentlich geringer als der Soll-Biegeradius. Dadurch wird an den
Biegescheiteln der einzelnen, parallel zueinander verlaufenden Biegungen eine plastische
Verformung des hochfesten Stahlblechs erreicht, die mit größeren Biegeradien nicht
erreicht werden könnte.
[0011] Durch Druckeinstellung in den Betriebsmitteln (Presse, Rollprofiliermaschine) können
die genauen Einstellungen empirisch ermittelt und bei Chargenwechseln angepaßt werden.
Wesentlich ist, daß die Rückfederwinkel der einzelnen Biegungen mit den Detail-Biegeradien
wesentlich genauer bestimmt und eingehalten werden können als bei größeren Biegeradien.
[0012] Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
[0013] Das zuvor aufgezeigte Problem wird in einer nebengeordneten Variante durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
[0014] Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß für die hier betroffenen hochfesten, dünnen
Stahlbleche in den vom Biegescheitel einer Biegung ausgehenden Schenkeln des Stahlblechs
praktisch keine oder nur eine sehr geringe plastische Verformung stattfindet. Bei
Pressen mit einem Preßstempel oder einer Rollprofiliermaschine ergeben sich für die
vom Biegescheitel ausgehenden Schenkel des Stahlblechs jeweils bestimmte Rückfederwinkel
in positiver Richtung. Es ist erkannt worden, daß man mit diesen Rückfederwinkeln
den in negativer Richtung gerichteten Rückfederwinkel der Biegung selbst kompensieren
kann. Tatsächlich erfolgt dies eher umgekehrt, nämlich durch gezielte Erhöhung des
Biegeradius der Biegung soweit, daß die plastische Verformung des Stahlblechs am Biegescheitel
so weit reduziert wird, daß noch ein hinreichend großer negativer Rückfederwinkel
entsteht, der die Summe der positiven Rückfederwinkel der vom Biegescheitel ausgehenden
Schenkel des Stahlblechs zu kompensieren in der Lage ist.
[0015] Besonders bevorzugt ist eine Kombination der beiden zuvor erläuterten, an sich voneinander
unabhängigen Verfahren.
[0016] Gegenstand der Erfindung ist auch ein biegetechnisch fertiges Werkstück, das nach
einem der zuvor erläuterten Verfahren hergestellt worden ist.
[0017] Derartige Werkstücke sind insbesondere Strukturbauteile von Kraftfahrzeugkarosserien,
beispielsweise U-Profile, W-Profile, Stoßfängerquerträgerprofile, oder Seitenaufprallschutz-Profile.
[0018] Im folgenden wird die Erfindung nun anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- Fig. 1a)
- in perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines biegetechnisch fertigen
Werkstückes aus einem hochfesten Stahlblech,
- Fig. 1b)
- einen Schnitt durch das Werkstück aus Fig. 1a) mit eingezeichneten Biegewinkeln und
Biegeradien,
- Fig. 2a)
- ein Werkzeug zum Herstellen eines biegetechnisch fertigen Werkstücks mit eingelegtem,
bereits gebogenem Stahlblech in einem Zustand vor Erreichen des Enddrucks,
- Fig. 2b)
- das Werkzeug aus Fig. 2a) bei Erreichen des Enddrucks.
[0019] Anhand von Fig. 1 läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Biegen eines hochfesten
Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit größer 500 MPa, vorzugsweise größer 800 MPa, besonders
vorzugsweise größer etwa 1.000 MPa, zu einem biegetechnisch fertigen Werkstück mit
einem Soll-Biegewinkel α und einem Soll-Biegeradius R
SOLL besonders gut erläutern. Die Definition der Zugfestigkeitswerte ergibt sich aus der
bereits eingangs angesprochenen Fachliteratur (
Thyssen Krupp, 2005, "Umformverhalten höher- und höchstfester Mehrphasenstähle").
[0020] Fig. 2 zeigt ein typisches Preßwerkzeug, daß auch in Form eines Rollprofilierwerkzeugs
mit mehreren Stationen ausgeführt sein kann, zur Realisierung der Biegeschritte im
erfindungsgemäßen Verfahren.
[0021] Die Zeichnung zeigt ein Stahlblech 1, in Fig. 1 in Form des bereits biegetechnisch
fertigen Werkstücks, das im in Fig. 2 dargestellten Preßwerkzeug mit einem Unterwerkzeug
2 bzw. einer Matrize und einem Oberwerkzeug 3 bzw. einem Preßstempel hergestellt worden
ist.
[0022] Fig. 2 läßt erkennen, daß das Stahlblech 1 bei der Biegung den Bereich des Biegescheitels
4 und die vom Biegescheitel 4 ausgehenden Schenkel 5 ausbildet.
[0023] Fig. 1b) zeigt angezeichnet den Soll-Biegewinkel α beziehungsweise den Gesamtwinkel
des biegetechnisch fertigen Werkstücks und den dazu gehörenden Soll-Biegeradius R
SOLL, der sich als Radius des dem biegetechnisch fertigen Werkstück einbeschriebenen Kreises
ergibt.
[0024] Vorgesehen ist nun, daß am Stahlblech 1 mehrere voneinander seitlich beanstandete
und parallel zueinander verlaufende Biegungen 6 ausgeführt werden mit einem Detail-Biegewinkel
β, der wesentlich geringer ist als der Soll-Biegewinkel α, und mit einem durch das
Werkzeug vorgegebenen Detail-Biegeradius R
DET, der wesentlich geringer ist als der Soll-Biegeradius R
SOLL, dergestalt, daß die Summe der Detail-Biegewinkel β gleich dem Soll-Biegewinkel α
ist. Die einzelnen Biegewinkel und Radien sind in Fig. 1b) eingezeichnet. Zwischen
jeweils zwei zueinander parallel verlaufenden Biegungen 6 mit geringem Detail-Biegewinkel
β liegt jeweils ein gerades Zwischenstück 7. Fig. 1b) zeigt, daß sich dadurch im Querschnitt
eine polygonzugartige Struktur des biegetechnisch fertigen Werkstückes 1 ergibt. Die
hohe Zugfestigkeit des Stahlblechs 1 zeigt sich daran, daß eine plastische Verformung
nur an den Biegungen 6 erfolgt ist, das Stahlblech in den Zwischenstücken 7 jedoch
gerade geblieben ist.
[0025] Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt beispielhaft, daß hier der Soll-Biegewinkel
α 180° beträgt, während die Detail-Biegewinkel β, insgesamt sechs an der Zahl, nur
jeweils 30° betragen. Der Soll-Biegeradius R
SOLL beträgt bei diesem Beispiel etwa 40 mm, die Detail-Biegeradien R
DET betragen hingegen nur etwa 4 mm. Dadurch erreicht man an den Biegescheiteln 4 der
einzelnen Biegungen 6 jeweils eine ausreichende plastische Verformung des Stahlblechs,
so daß die Gesamtform des biegetechnisch fertigen Werkstücks 1 mit hoher Genauigkeit
reproduziert werden kann.
[0026] Grundsätzlich könnten die Detail-Biegewinkel β unterschiedlich sein. Im dargestellten
und bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es aber so, daß die Detail-Biegewinkel β im
wesentlichen gleich sind. Im wesentlichen bedeutet dabei gleich im Rahmen der üblichen
Toleranzen, so daß sie vorzugsweise auch in ein und demselben Werkzeug ausgebildet
werden können. Auch bei den Detail-Biegeradien R
DET könnten grundsätzlich unterschiedliche Biegeradien unterschiedlich verwirklicht sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Biegeradien der einzelnen Biegungen
6 aber im wesentlichen gleich. Bevorzugt ergibt sich ein Verhältnis von 1/5 bis 1/20,
vorzugsweise von etwa 1/6 bis etwa 1/10 von Detail-Biegeradius R
DET zu Soll-Biegeradius R
SOLL. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt dieses Verhältnis bei etwa 1/10.
[0027] Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch die seitlichen Abstände der Biegungen
6, also die Breiten der geraden Zwischenstücke 7, im wesentlichen gleich.
Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt ein Stahlblech mit einer
Dicke von etwa 1,5 mm. Die hier angesprochenen hochfesten Stahlbleche haben typischerweise
Dicken von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm. Auch dafür darf auf die eingangs bereits genannte
Literaturstelle bereits verwiesen werden.
[0028] Fig. 2 zeigt ein Preßwerkzeug als ein Beispiel, wie man das hochfeste Stahlblech
im erfindungsgemäßen Verfahren biegen kann. Fig. 2 zeigt darin noch eine Besonderheit,
die eine eigenständige erfindungsgemäße Lehre darstellt. In Fig. 2a) erkennt man,
daß vor Erreichen des Enddruckes, wenn also das Oberwerkzeug 3 noch nicht ganz an
das Unterwerkzeug 2 herangefahren worden ist, im Bereich des Biegescheitels 4 eine
linienförmige Anlage einerseits am Oberwerkzeug 3, andererseits rechts und links davon
am Unterwerkzeug 2 stattfindet (siehe die schwarzen Punkte). Gerade in Verbindung
mit der Möglichkeit des Rollprofilierens ergibt sich durch diese linienförmige Anlage
eine Reduktion der aufzuwendenden Kräfte.
[0029] In Fig. 2b) ist eingezeichnet, daß bei diesem Verfahren bei dem vorgegebenen Stahlblech
für den vorgegebenen Biegeradius mit dem vorgegebenen Biegewinkel ein Rückfederwinkel
-γ und für die vom Biegescheitel 4 ausgehenden Schenkel 5 des Stahlblechs ein Rückfederwinkel
von je +δ vorliegt. Die vom Biegescheitel 4 ausgehende Rückfederung möchte das gebogene
Stahlblech wieder strecken, die von den Schenkeln 5 ausgehende Rückfederung ist dem
entgegen gerichtet. Von dieser Erkenntnis ausgehend ist erfindungsgemäß realisiert,
daß der Biegeradius so bemessen wird, daß jedenfalls ungefähr gilt 2δ-γ=0. Wie bereits
oben ausgeführt worden ist, wird man den durch das Oberwerkzeug 3 vorgesehenen Biegeradius
R so groß machen, daß die plastische Verformung des Stahlblechs im Bereich des Biegescheitels
4 passend ist. Der Rückfederwinkel -γ, der vom Biegescheitel 4 ausgeht, wird so groß
gewählt, daß die Summe der Rückfederwinkel +δ, die von den praktisch nur elastisch
verformten Schenkeln 5 ausgehen, gerade kompensiert wird.
[0030] Besonders bevorzugt ist eine Kombination der beiden zuvor erläuterten, an sich voneinander
unabhängig realisierbaren Verfahren, weil dadurch die Reproduzierbarkeit der Biegungen
in der Serienproduktion in zweierlei Hinsicht positiv beeinflußt wird.
[0031] Gegenstand der Erfindung ist neben den erfindungsgemäßen Verfahren auch das biegetechnisch
fertige Werkstück als solches, das insbesondere als Strukturbauteil von Kraftfahrzeugkarosserien
eingesetzt wird.
1. Verfahren zum Biegen eines hochfesten Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit größer 500
MPa zu einem biegetechnisch fertigen Werkstück mit einem Soll-Biegewinkel α und einem
Soll-Biegeradius RSOLL,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Stahlblech mehrere voneinander seitlich beanstandete und parallel zueinander verlaufende
Biegungen ausgeführt werden mit einem Detail-Biegewinkel β, der wesentlich geringer
ist als der Soll-Biegewinkel α, und mit einem durch das Werkzeug vorgegebenen Detail-Biegeradius
RDET, der wesentlich geringer ist als der Soll-Biegeradius RSOLL, dergestalt, daß die Summe der Detail-Biegewinkel β gleich dem Soll-Biegewinkel α
ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech eine Zugfestigkeit von mehr als etwa 800 MPa, vorzugsweise von mehr
als etwa 1.000 MPa aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detail-Biegewinkel β im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
4. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detail-Biegeradien RDET im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detail-Biegeradius RDET etwa 1/5 bis 1/20, vorzugsweise etwa 1/6 bis 1/10 des Soll-Biegeradius RSOLL beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Abstände der Biegungen im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm, vorzugsweise von etwa
0,8 mm bis etwa 1,6 mm, aufweist.
8. Verfahren zum Biegen eines hochfesten Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit größer 500
MPa zu einem biegetechnisch fertigen Werkstück mit einem Soll-Biegewinkel α und einem
Soll-Biegeradius RSOLL, wobei bei dem vorgegebenen Stahlblech für den vorgegebenen Biegeradius mit dem vorgegebenen
Biegewinkel ein Rückfederwinkel -γ und für die vom Biegescheitel ausgehenden Schenkel
des Stahlblechs ein Rückfederwinkel von je +δ vorliegt,
insbesondere Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeradius so bemessen wird, daß 2 δ-γ=0 jedenfalls ungefähr gilt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das biegetechnisch fertige Werkstück ein Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie,
insbesondere ein U-Profil, ein W-Profil, ein Seitenaufprallschutzprofil, ein Stoßfängerquerträgerprofil
o. dgl. ist.
10. Biegetechnisch fertiges, in einem bestimmten Gesamtwinkel α gebogenes Werkstück aus
einem hochfesten Stahlblech mit einer Zugfestigkeit größer 500 MPa, insbesondere Strukturbauteil
einer Kraftfahrzeugkarosserie,
dadurch gekennzeichnet,
daß im gebogenen Bereich des Werkstücks am Stahlblech (1) mehrere voneinander seitlich
beanstandete und parallel zueinander verlaufende Biegungen (6) vorgesehen sind mit
einem Detail-Biegewinkel β, der wesentlich geringer ist als der Gesamtwinkel α, und
daß der Detail-Biegeradius RDET der Biegungen (6) wesentlich geringer ist als der am Werkstück insgesamt erkennbare
Gesamt-Biegeradius.
11. Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Stahlblech eine Zugfestigkeit von mehr als etwa 800 MPa, vorzugsweise von mehr
als etwa 1.000 MPa aufweist und/oder
daß die Detail-Biegewinkel β im wesentlichen gleich sind und/oder
daß die Detail-Biegeradien RDET im wesentlichen gleich sind und/oder
daß der Detail-Biegeradius RDET etwa 1/5 bis 1/20, vorzugsweise, etwa 1/6 bis 1/10 des Soll-Biegeradius RSOLL beträgt und/oder
daß die seitlichen Abstände der Biegungen im wesentlichen gleich sind und/oder daß das
Stahlblech eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,8 mm
bis etwa 1,6 mm, aufweist.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Verfahren zum Biegen eines hochfesten Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit größer
500 MPa zu einem biegetechnisch fertigen Werkstück mit einem Soll-Biegewinkel α und
einem Soll-Biegeradius RSOLL , wobei bei dem vorgegebenen Stahlblech für den vorgegebenen Biegeradius mit dem
vorgegebenen Biegewinkel ein Rückfederwinkel -γ und für die vom Biegescheitel ausgehenden
Schenkel des Stahlblechs ein Rückfederwinkel von je +δ vorliegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeradius so bemessen wird, daß 2 δ-γ=0 jedenfalls ungefähr gilt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech eine Zugfestigkeit von mehr als etwa 800 MPa, vorzugsweise von mehr
als etwa 1.000 MPa aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Stahlblech mehrere voneinander seitlich beanstandete und parallel zueinander verlaufende
Biegungen ausgeführt werden mit einem Detail-Biegewinkel β, der wesentlich geringer
ist als der Soll-Biegewinkel α, und mit einem durch das Werkzeug vorgegebenen Detail-Biegeradius
RDET, der wesentlich geringer ist als der Soll-Biegeradius RSOLL, dergestalt, daß die Summe der Detail-Biegewinkel β gleich dem Soll-Biegewinkel α
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detail-Biegewinkel β im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detail-Biegeradien RDET im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Detail-Biegeradius RDET etwa 1/5 bis 1/20, vorzugsweise etwa 1/6 bis 1/10 des Soll-Biegeradius RSOLL beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Abstände der Biegungen im wesentlichen gleich vorgesehen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm, vorzugsweise von etwa
0,8 mm bis etwa 1,6 mm, aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das biegetechnisch fertige Werkstück ein Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie,
insbesondere ein U-Profil, ein W-Profil, ein Seitenaufprallschutzprofil, ein Stoßfängerquerträgerprofil
o. dgl. ist.