Verfahren und Warmumformanlage zur Herstellung eines gehärteten, warm umgeformten Werkstücks

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, warm umgeformten Werkstücks aus Stahlblech, bei dem ein Werkstückrohling in wenigstens einem Ofen wenigstens partiell bis auf eine Umformtemperatur erwärmt wird, bei dem der erwärmte Werkstückrohling in wenigstens eine Ziehpresse eingebracht wird und bei dem der erwärmte Werkstückrohling in der wenigstens einen Ziehpresse zu einem Werkstück umgeformt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Warmumformanlage zur Herstellung eines gehärteten umgeformten Werkstücks aus Stahl, mit einem Ofen zum wenigstens partiellen Erwärmen eines Werkstückrohlings auf eine Umformtemperatur, mit einer Ziehpresse zum Umformen des Werkstückrohlings und mit einer Übergabeeinrichtung zur Übergabe des erwärmten Werkstückrohlings vom Ofen an die Ziehpresse.

[0002] Derartige Anlagen dienen beispielsweise der Herstellung von hochfesten Karosserieteilen aus Stahlblech. Warmumformanlagen weisen typischerweise eine Ofenanlage zum Erwärmen der Werkstückrohlinge sowie eine Pressenanlage zum Umformen und Härten der Werkstückrohlinge auf. Nach dem Erwärmen der Werkstückrohlinge auf eine vorbestimmte Umformtemperatur werden diese der Ofenanlage entnommen und in eine Ziehpresse eingelegt. Die Werkzeuge der Ziehpresse werden über ein Kühlmedium gekühlt, so dass das Werkstück darin rasch abgekühlt und dabei gehärtet wird. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Presshärten der Werkstücke.

[0003] Eine solche Warmumformanlage und ein Verfahren zum Herstellen von warm umgeformten, gehärteten Werkstücken ist beispielsweise aus der DE 100 49 660 Al und aus der JP 2007136533A bekannt. Die Werkstücke werden dabei in der Ziehpresse durch rasche Abkühlung unter eine vorgegebene Grenztemperatur gehärtet. Die Temperatur der Werkstücke ist nach dem Verlassen der Ziehpresse aber noch zu hoch, um die Werkstücke unmittelbar weiterbearbeiten oder problemlos handhaben zu können. Die Werkstücke werden nach dem Presshärten daher an ein Fixierwerkzeug oder schrittweise an mehrere hintereinander geschaltete Fixierwerkzeuge übergeben. In den Fixierwerkzeugen werden die umgeformten Werkstücke fixiert und dabei weiter abgekühlt. Hierzu kann ein Kühlmedium zur Kühlung des Fixierwerkzeugs oder zur direkten Kühlung der Werkstücke verwendet werden. Ist die Temperatur der Werkstücke weit genug gesunken, können diese einer Weiterbehandlung zugeführt werden.

[0004] Bei dem bekannten Verfahren können die Taktzeiten der Ziehpresse durch das wenigstens eine der Ziehpresse nachgeschaltete Fixierwerkzeug begrenzt werden. Es besteht aber weiterer Optimierungsbedarf zur Verringerung der Herstellungskosten warm umgeformter und gehärteter Werkstücke, etwa als Karosseriebauteil.

[0005] Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Warmumformanlage derart auszugestalten und weiterzubilden, dass insbesondere hohe Stückzahlen gehärteter, warm umgeformter Werkstücke kostengünstiger hergestellt werden können.

[0006] Diese Aufgabe ist sowohl durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 als auch durch eine Warmumformanlage gemäß Anspruch 10 gelöst.

[0007] Zur Herstellung eines warm umgeformten und gehärteten Werkstücks wird also zunächst ein Werkstückrohling in wenigsten einem Ofen auf die erforderliche Umformtemperatur gebracht. Die zu erreichende Umformtemperatur ist von der gewünschten Gefügezusammensetzung des Werkstücks vor und nach dem Härten abhängig. Als Werkstückrohling kommt insbesondere ein Zuschnitt eines Stahlblechs in Frage. Ein solcher Zuschnitt wird auch als Platine bezeichnet. Die Platine bzw. das Halbzeug kann monolithisch aber auch als Tailored Blank ausgebildet sein, das Stähle unterschiedlicher Dicken und/oder Güten vereint.

[0008] Der Werkstoffrohling wird, nachdem dieser auf die Umformtemperatur erwärmt worden ist, mittels einer dafür vorgesehenen Übergabeeinrichtung an eine Ziehpresse übergeben. In der Ziehpresse wird der Werkstückrohling dann in an sich bekannter Weise umgeformt. Es entsteht ein sogenanntes Ziehteil oder Formteil. Dazu wird der Werkstückrohling vorzugsweise zwischen zwei Ziehwerkzeuge gebracht, welche unter hohem Druck von beiden Seiten gegen den Werkstückrohling gepresst werden. Bei den Ziehwerkzeugen handelt es sich etwa um eine Matrize und eine Patrize.

[0009] Das warm umgeformte Werkstück kann in der Ziehpresse bis zu einem gewissen Grad abkühlen. Das umgeformte Werkstück wird in der Ziehpresse jedoch nicht gehärtet. Das Werkstück wird nach dem Umformen der Ziehpresse entnommen und mittels einer weiteren Übergabeeinrichtung an eine Härteinrichtung übergeben. Dabei wird das umgeformte Werkstück in einer Aufnahme der Härteinrichtung aufgenommen, deren Geometrie an die Geometrie des umgeformten Werkstücks angepasst ist, so dass das umgeformte Werkstück während des Härtens in der Aufnahme fixiert ist. Das umgeformte Werkstück muss dazu nicht durchgängig an der Aufnahme anliegen.

[0010] Das Werkstück wird in der Aufnahme wenigstens partiell gehärtet, und zwar im Wesentlichen durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium. Die Aufnahme ist dabei derart ausgebildet, dass das Kühlmedium in direkten Kontakt mit dem umgeformten Werkstück gelangen kann. Es wird also weniger die Aufnahme als solche gekühlt, als vielmehr das Werkstück.

[0011] Erfindungsgemäß ist also eine räumliche und zeitliche Trennung zwischen der Umformung des warmen Werkstückrohlings und der Härtung des umgeformten Werkstücks vorgesehen. Diese beiden Prozessschritte werden in unterschiedlichen Anlagenteilen mit unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt. Dadurch wird zwar der apparative und prozesstechnische Aufwand erhöht. Allerdings können auf diese Weise kürzere Taktzeiten für die Herstellung der warm umgeformten und gehärteten Werkstücke insgesamt realisiert werden, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit der Herstellung warm umgeformter und gehärteter Werkstücke insgesamt verbessert.

[0012] Die Werkstücke müssen nicht länger als nötig in der Ziehpresse verbleiben. Die Ziehpresse kann also mit höheren Taktzeiten wirtschaftlicher betrieben werden. Als Ausgleich werden die umgeformten Werkstücke zum Härten an eine Härteinrichtung übergeben. Da in der Härteinrichtung keine weitere Umformung der Werkstücke mehr erfolgt, kann die Härteinrichtung einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden als die Ziehpresse. Zudem erlaubt der direkte Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmedium und dem umgeformten Werkstück eine Zeitersparnis vorzugsweise hinsichtlich des Härtens und ggf. des weiteren Abkühlens auf eine Temperatur, die der weiteren Handhabung der Werkstücke nicht im Wege steht.

[0013] Bedarfsweise kann für das Erwärmen des Werkstückrohlings auf Umformtemperatur ein Ofen oder eine Mehrzahl von Öfen vorgesehen sein, die der Werkstückrohling dann nacheinander durchläuft. Durch eine Mehrzahl von Öfen kann der Temperaturanstieg des Werkstückrohlings während des Aufheizvorgangs besser eingestellt werden.

[0014] Alternativ oder zusätzlich kann der gesamte Werkstückrohling auf die gewünschte Umformtemperatur gebracht werden, wodurch sich der apparative und prozesstechnische Aufwand verringert. Es können aber auch nur die zu härtenden Bereiche des Werkstückrohlings auf die Umformtemperatur gebracht werden. Dies kann für nachfolgende Bearbeitungsschritte des Werkstücks zweckmäßig sein. So können beispielsweise nur die Bereiche des Werkstücks auf Umformtemperatur gebracht werden, die später auch gehärtet werden sollen. Die nicht zu härtenden Bereiche des Werkstücks sind dann etwa solche Bereiche, die nach dem partiellen Härten des Werkstücks, etwa durch ein Loch- und/oder Schneidwerkzeug gelocht und/oder abgetrennt werden.

[0015] Um eine effiziente und gleichmäßige Erwärmung des Werkstückrohlings zu erreichen, kann der Werkstückrohling im Ofen bedarfsweise im Wesentlichen durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und/oder Induktion erwärmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Werkstückrohling in wenigstens einem Rollenherdofen auf Umformtemperatur erwärmt wird. Die Erwärmung des Werkstückrohlings kann so kontinuierlich erfolgen. Denkbar sind aber auch konduktive Erwärmungsvorrichtungen, die mittels Kontakt und einer Strombeaufschlagung die zu vergütende Platine erwärmen, beispielsweise nach Art eines "Waffeleisens".

[0016] Die Ziehwerkzeuge der Ziehpresse können etwa über ein Kühlmedium, das durch in den Ziehwerkzeugen angeordnete Kanäle ohne Kontakt mit dem Werkstück strömt, gekühlt werden. Dadurch wird dem Werkstück beim Umformen zusätzlich Wärme entzogen, so dass die für das Gesamtverfahren benötigte Zeitspanne verkürzt werden kann. Durch die Abkühlung in der Ziehpresse wird das Werkstück jedoch noch nicht gehärtet.

[0017] Die Wahl eines geeigneten Kühlmediums ist von verschiedenen Faktoren abhängig. In der Ziehpresse und in der Härteinrichtung können zudem unterschiedliche Kühlmedien zum Einsatz kommen. Insbesondere im Hinblick auf die Härteinrichtung sind jedoch solche Kühlmedien bevorzugt, welche dem Werkstück viel Wärme pro Zeiteinheit entziehen können. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn das Kühlmedium geeignet ist, die Oberfläche des Werkstücks, etwa von anhaftenden Stoffen, zu reinigen. Letztlich kommt als Kühlmedium beispielsweise Wasser, Öl, ein Wasser/Öl-Gemisch, ein Wasser/Graphit-Gemisch, Eis, Luft, Dampf und/oder eine Seifenlösung in Frage.

[0018] Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Werkstückrohling auf eine Umformtemperatur erwärmt wird, die oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Werkstückrohlings bzw. dessen Werkstoffs liegt. Dies ermöglicht hohe Festigkeitswerte der umgeformten und gehärteten Werkstücke.

[0019] Die Qualität des Werkstoffs kann bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dadurch verbessert werden, dass der Werkstückrohling nach dem Verlassen des Ofens und vor dem Einbringen in die Ziehpresse zunächst an der Luft vorgekühlt wird. Das Vorkühlen an der Luft kann vorzugsweise etwa 4 bis 10 Sekunden, insbesondere 5 bis 7 Sekunden, andauern. Dieses Vorkühlen an Luft hat in den vorgenannten Grenzen keinen negativen Einfluss auf die gewünschten einzustellenden Eigenschaften im fertigen Bauteil.

[0020] Bedarfsweise kann die Warmumformanlage eine Mehrzahl von Ziehpressen umfassen, wobei der Werkstückrohling in den Ziehpressen schrittweise umgeformt wird. Auf diese Weise können Werkstücke auch mit aufwändigen geometrischen Strukturen hergestellt werden. Dabei bietet es sich jedoch an, wenn das Werkstück schnell von Ziehpresse zu Ziehpresse übergeben wird und nur für kurze Taktzeiten in den Ziehpressen verweilt. Die Temperatur des umgeformten Werkstücks ist dann noch hoch genug, um in der Härteinrichtung durch rasche Abkühlung gehärtet zu werden. Vorzugsweise liegt die Temperatur eines zu härtenden Werkstücks, das ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge aufweisen soll, bei ≥ M_s + 10K (M_s = Martensit-Start). Die rasche Abkühlung. Die oberhalb der kritischen Abkühlrate liegt, führt zu hohen Festigkeiten im Bauteil, wenn die Abkühlung auf eine Temperatur von unterhalb 250°C, vorzugsweise M_f (M_f = Martensit-Finish).

[0021] Erfindungsgemäß wird das umgeformte Werkstück in der Aufnahme der Härteinrichtung partiell vom Kühlmedium direkt umströmt. Das Kühlmedium wird also abschnittsweise entlang des in der Aufnahme befindlichen Werkstücks gefördert. Auf diese Weise kann dem Werkstück in kurzer Zeit eine große Wärmemenge entzogen werden.

[0022] Erfingungsgemäß weist die Aufnahme der Härteinrichtung Kanäle auf, die von dem Kühlmedium durchströmt werden können. Diese Kanäle sind dabei derart vorgesehen, dass diese das wenigstens partielle Härten des umgeformten Werkstücks durch direkten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium ermöglichen. Das Kühlmedium wird vorzugsweise einerseits durch Kanäle zum Werkstück bzw. zu bestimmten Abschnitten des Werkstücks geleitet. Andererseits wird das Kühlmedium nach dem Kontakt mit dem Werkstück vorzugsweise wieder durch andere Kanäle abtransportiert.

[0023] Die Verwendung von Kanälen erlaubt eine gezielte Strömung des Kühlmediums, wobei auch nur bestimmte Bereiche des Werkstücks mit dem Kühlmedium in Kontakt gebracht werden können. Es können so beispielsweise lediglich bestimmte Bereiche des Werkstücks gehärtet werden, während andere Bereiche infolge einer geringeren und/oder langsameren Abkühlung ungehärtet bleiben.

[0024] In konstruktiv einfacher Weise sind die Kanäle so ausgebildet, dass das in der Aufnahme befindliche Werkstück die Kanäle wenigstens einseitig verschließt.

[0025] Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Warmumformanlage ist die Aufnahme derart ausgebildet, dass immer wenigstens auf einer Seite des Werkstücks eine Anlagefläche zwischen Werkstück und Aufnahme vorgesehen ist. Dadurch kann das Werkstück in der Aufnahme durchgängig - wenn auch mehr oder weniger einseitig - fixiert werden.

[0026] Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass immer wenigstens auf einer Seite des Werkstücks ein Kanal in der Aufnahme vorgesehen ist. So kann das Werkstück in analoger Weise durchgängig - wenn auch mehr oder weniger einseitig - gekühlt werden.

[0027] Besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, wenn den Kanälen der Aufnahme im Wesentlichen gegenüber, d.h. auf der anderen Seite des Werkstücks, jeweils eine Anlagefläche der Aufnahme zugeordnet ist.

[0028] Erfindungsgemäß weist die Aufnahme zwei Kanäle aufweisende Hälften auf. So können auf jeder Seite des Werkstücks abwechselnd Kanäle sowie Anlageflächen zwischen dem Werkstück und der Aufnahme vorgesehen sein. Dies dient einer gleichmäßigen Abkühlung und einer gleichmäßigen Fixierung des Werkstücks.

[0029] Für den Fall, dass das Werkstück nicht gleichmäßig abgekühlt werden soll, kann vorgesehen sein, dass lediglich bestimmte, vorzugsweise die zu härtenden, Bereiche durch direkten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium rasch abgekühlt werden. Die übrigen, etwa die nicht zu härtenden, Bereiche gelangen vorzugsweise nicht in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium, wodurch das Werkstücke dort langsamer abkühlt.

[0030] In diesem Fall können lediglich in den rasch abzukühlenden bzw. zu härtenden Bereichen wenigstens auf einer Seite des Werkstücks Kanäle in der Aufnahme vorgesehen sein. In diesen Bereichen kann weiter bevorzugt jedem Kanal der Aufnahme gegenüber liegend, d.h. auf der anderen Seite des Werkstücks, eine Anlagefläche der Aufnahme angeordnet sein. In den übrigen Bereichen, also an den nicht so rasch abzukühlenden Abschnitten des Werkstücks, wird das Werkstück vorzugsweise von beiden Seiten durch Anlageflächen zwischen der Aufnahme und dem Werkstück fixiert.

[0031] Eine weitere zeitliche und kostenmäßige Optimierung des Verfahrens zur Herstellung von warm umgeformten und gehärteten Werkstücken kann bedarfsweise erreicht werden, wenn das umgeformte und gehärtete Werkstück unmittelbar nachdem es aus der Härteinrichtung entnommen worden ist, in eine Beschneideinrichtung eingebracht und dort wenigstens teilweise beschnitten wird. Dieser zusätzliche Prozessschritt kann vorzugsweise deshalb in das Verfahren integriert, also inline, durchgeführt werden, weil durch die Beschleunigung der dem Beschneiden vorangehenden Prozessschritte Zeit eingespart wird. Es ist dann kein räumlich und zeitlich entkoppeltes Verfahren zum Beschneiden des Werkstücks erforderlich. Die Definition des Begriffs "Beschnitt" kann beispielsweise als Rund-, Teil- und/oder Lochbeschnitt als Trennoperation gesehen werden.

[0032] Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Werkstück während des Umformens also in der wenigstens einen Ziehpresse wenigstens teilweise beschnitten wird. Auf diese Weise können Synergien geschaffen bzw. genutzt werden. Es kann auf diese Weise das Beschneiden wenigstens teilweise auch zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem das Werkstück noch ungehärtet ist.

[0033] Die zu beschneidenden Abschnitte des Werkstücks können bedarfsweise im Gegensatz zu den übrigen Abschnitten des Werkstücks in der Härteinrichtung nicht gehärtet werden. So kann das Beschneiden des Werkstücks nach dem Härten des umgeformten Werkstücks vereinfacht und es können höhere Werkstückstandzeiten in der Beschneideinrichtung erreicht werden.

[0034] Dazu können die zu beschneidenden Abschnitte oder Bereiche, die nicht gehärtet werden sollen, in der Härteinrichtung vom Kühlmedium ferngehalten werden. Es kommt also an den genannten Abschnitten zu keinem direkten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium.

[0035] Um zusätzlich oder alternativ eine erhöhte Abkühlung der zu beschneidenden Abschnitte und/oder nicht zu härtenden Bereiche des Werkstücks während des Umformens desselben zu vermeiden, können diese Abschnitte und/oder Bereiche nicht öder höchstens geringfügig mit den Ziehwerkzeugen in Kontakt gebracht werden. Mit anderen Worten können die zu beschneidenden Abschnitte und/oder nicht zu härtenden Bereiche in der Ziehpresse nicht oder nur geringfügig, also vorzugsweise partiell, zwischen den Ziehwerkzeugen gepresst werden.

[0036] Die Erfindung zielt auf ein Härten des Werkstücks ab, um hohe Festigkeiten im fertigen Bauteil einzustellen. Die mindestens partiell zu härtenden Bereiche bzw. zu vergütenden Bereiche müssen nicht unbedingt im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge aufweisen, sondern es kann auch ein anderes Gefüge eingestellt werden, beispielsweise bainitisch bzw. ein Mischgefüge, das eine Erhöhung der Zähigkeit bei verminderter Festigkeit ermöglicht. Die gezielte Einstellung des Gefüges kann über die Parameter der Härtungseinrichtung erfolgen, wie beispielsweise Temperatur und Geschwindigkeit des Kühlmediums.

[0037] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.

[0038] In der Zeichnung zeigt

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Warmumformanlage,

Fig. 2

ein Temperatur-Zeit-Diagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3

ein Temperatur-Zeit-Diagramm für ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren,

Fig. 4a-4d

Werkzeuge der Warmumformanlage gemäß Fig. 1 in schematischer Darstellung und

Fig. 5a-5b

eine schematische Detaildarstellung der Aufnahme der Härteinrichtung aus Fig. 1.

[0039] In Fig. ist schematisch eine Warmumformanlage 1 zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines warm umgeformten und gehärteten Werkstücks 2 dargestellt. Bei diesem Werkstück 2 kann es sich um ein Karosseriebauteil, wie Fahrwerkslenker, Seitenaufprallträger, Biegeträger, B-Säule, A-Säule oder Dachrahmen, handeln.

[0040] Die Warmumformanlage 1 umfasst eine Stanzpresse 3 zum Abtrennen von Stahlblechzuschnitten, sogenannten Platinen, von einem Stahlblechband. Das Stahlblechband S wird von einem Coil C abgewickelt und besteht aus einem Mangan-Bor-Stahl, vorzugsweise (AlSi-22MnB5). Es sind jedoch auch andere Stahlbleche, aber auch andere Oberflächenbeschichtungen, die organisch und/oder metallisch (Zink-Basis) sind, denkbar.

[0041] Die auf einem Stapel zwischengepufferten Werkstückrohlinge 2' in Form von Platinen werden von einer bei der dargestellten Warmumformanlage 1 als Roboterarm ausgebildeten Übergabeeinrichtung 4 nacheinander in einen Ofen 5 eingebracht, bei dem es sich um einen Rollenherdofen handelt. In dem Ofen 5 werden die Werkstückrohlinge 2' auf eine Umformtemperatur erwärmt, die größer als die Austenitisierungstemperatur des Werkstoffs des Werkstückrohlings 2' ist. Beim dargestellten Verfahren liegt die Austenitisierungstemperatur bei wenigstens ca. 730°C. Die Umwandlung des Mangan-Bor-Stahlblechs von Ferrit zu Austenit erfolgt zwischen ca. 730°C und ca. 830°C. Um eine zuverlässige Austenitisierung des Werkstückrohlings 2' und eine zuverlässige Härtung des umgeformten Werkstücks 2 sicherzustellen, wird der Werkstückrohling 2' im Ofen 5 auf eine Umformtemperatur von 880°C - 950°C erwärmt.

[0042] Beim Erwärmen des Werkstückrohlings 2' kann dieser über eine gewisse Zeit (Haltezeit) auf der Austenitisierungstemperatur gehalten werden, um eine gleichmäßige Umwandlung in Austenit zu gewährleisten. Dies kann bedarfsweise auch durch Verwendung mehrerer von dem Werkstückrohling hintereinander durchlaufener Öfen erreicht werden.

[0043] Der auf Umformtemperatur erwärmte Werkstückrohling 2' wird durch eine weitere Übergabeeinrichtung 6 an eine Ziehpresse 7 übergeben. Bei der Übergabeeinrichtung 6 handelt es sich bei der dargestellten Warmumformanlage 1 wiederum um einen Roboterarm. Andere Übergabeeinrichtungen sind aber ebenfalls denkbar. Bei der Übergabe vom Ofen 5 an die Ziehpresse 7 wird der Werkstückrohling 2' etwa 6 Sekunden an der Luft vorgekühlt, wobei sich die Temperatur des Werkstückrohlings 2' auf ca. 820°C verringert.

[0044] In der vorzugsweise hydraulisch betriebenen Ziehpresse 7 wird der flache Werkstückrohling 2' umgeformt, indem in der Ziehpresse 7 der Werkstückrohling 2' zwischen zwei Ziehwerkzeugen 8,9, einer Patrize und einer Matrize, verpresst wird. Beim Umformen des Werkstücks 2 kann sich dessen Temperatur durch Wärmeabgabe an die Ziehwerkzeuge 8,9 mehr oder weniger deutlich verringern. Die Ziehwerkzeuge 8,9 sind bei der dargestellten Warmumformanlage 1 nicht über ein Kühlmedium oder dergleichen zwangsgekühlt.

[0045] Nach dem Umformen wird das Werkstück 2 von einer Übergabeeinrichtung (nicht dargestellt) an eine Härteinrichtung 10 weitergegeben. Diese Übergabeeinrichtung kann wiederum als Roboterarm oder als andere Einrichtung ausgebildet sein. Das Werkstück 2 wird in der Härteinrichtung 10 in einer Aufnahme 11 aufgenommen, die aus zwei Hälften 12,13 besteht. Die beiden Hälften 12,13 wirken so zusammen, dass das Werkstück 2 in der geschlossenen Aufnahme 11 fixiert ist, so dass sich das umgeformte Werkstück 2 beim Härten nicht verformen kann.

[0046] Gehärtet wird das Werkstück 2 in der Aufnahme 11 durch direkten Kontakt und damit direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel (nicht dargestellt). Sowohl in der oberen als auch in der unteren Hälfte 12,13 der Aufnahme 11 sind Kanäle 14 und Bohrungen 15,15' eingebracht, um das Kühlmedium zur Oberfläche des Werkstücks 2 zu leiten und nach erfolgtem Wärmeaustausch wieder abzuführen. In der Härteinrichtung 10 wird das Werkstück beim dargestellten Verfahren in etwa 4 Sekunden von ca. 520°C auf unter 200°C abgekühlt.

[0047] Das gehärtete, umgeformte Werkstück 2 wird bei der dargestellten Warmumformanlage 1 an eine Beschneideinrichtung 16 weitergegeben. Dort werden Teile des Werkstücks 2 abgeschnitten. In der Beschneideinrichtung 16 verringert sich die Temperatur des Werkstücks 2 weiter durch Wärmeabgabe an die Luft und die Beschneideinrichtung 16.

[0048] In der Fig. 2 ist der Temperaturverlauf des Werkstücks 2 als Temperatur-Zeit-Diagramm während einiger der zuvor beschriebenen Prozessschritte dargestellt. Dieser Temperaturverlauf dient der besseren Veranschaulichung. Es sind grundsätzlich Abweichungen von diesem Temperaturverlauf sowohl in zeitlicher Hinsicht als auch hinsichtlich der Temperaturen des Werkstücks 2 bei den einzelnen Bearbeitungsschritten möglich.

[0049] Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Temperaturverlauf wird zunächst der Werkstückrohling 2' auf eine Temperatur von ca. 900°C erwärmt. Diese Aufheizphase des Werkstückrohlings 2' ist im Temperatur-Zeit-Diagramm nicht dargestellt. Die Aufheizphase kann bedarfsweise mit einem stetig abnehmenden Temperaturgradienten oder einem konstanten Temperaturgradienten durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, dass die Temperatur des Werkstückrohlings 2' während des Erwärmens etwa im Übergangsbereich zum Austenit von ca. 730°C bis 830°C über eine gewisse Zeit gehalten wird.

[0050] Der Aufheizphase schließt sich dann eine Vorkühlphase I an, in der der Werkstückrohling 2' an der Luft in etwa 6 Sekunden von ca. 900°C auf ca. 820°C abkühlt, bevor der Werkstückrohling 2' in der Ziehpresse 7 umgeformt wird. Während der Phase des Umformens II sinkt die Temperatur über ca. 2 Sekunden auf ca. 520°C. Die Phase des Übergebens III des Werkstücks 2 in die Härteinrichtung 10, die etwa 3 Sekunden dauert, kühlt das umgeformte Werkstück 2 nur geringfügig weiter ab. In der anschließenden Phase des Härtens IV erfolgt jedoch eine rasche Abkühlung des Werkstücks 2 auf ca. 180°C, die in etwa 4 Sekunden abgeschlossen ist. Abschließend ist noch eine Phase V vorgesehen, in der das Werkstück 2 an eine Beschneideinrichtung 16 übergeben und dort beschnitten wird. Diese Phase dauert etwa weitere 4 Sekunden. Die Temperatur des Werkstücks 2 ändert sich dabei jedoch kaum. Das Werkstück 2 kann also bereits etwa 19 Sekunden nach der Entnahme aus dem Ofen 5 fertig beschnitten an eine Weiterverarbeitungsanlage abgegeben werden.

[0051] In der Fig. 3 ist ein Temperaturverlauf eines Werkstücks als Temperatur-Zeit-Diagramm dargestellt, das auf konventionelle Weise bearbeitet wird. Bei diesem Verfahren wird der Werkstückrohling auf eine Temperatur von ca. 900°C erwärmt, um etwa 7 Sekunden nach der Entnahme aus dem Ofen umgeformt zu werden. Dabei erfolgen das Umformen und das Härten des Werkstücks parallel in einer Einrichtung zum Presshärten mit Ziehwerkzeugen, die mittels eines Kühlmediums oberflächennah gekühlt werden und so dem Werkstück Wärme entziehen. Dieser Prozessschritt dauert etwa 12 Sekunden und ist folglich etwa 19 Sekunden nach der Entnahme des Werkstücks aus dem Ofen abgeschlossen. Ein Beschnitt des Werkstücks ist in dieser Zeitspanne noch nicht erfolgt. Hierzu bedarf es eines separaten Verfahrens.

[0052] In den Fig. 4a bis 4d sind die einzelnen Werkzeuge der in der Fig. 1 dargestellten Warmumformanlage 1 dargestellt. In Fig. 4a ist schematisch der Ofen 5 dargestellt, in dessen Ofenraum 17 ein flacher Werkstückrohling 2' eingebracht ist, um auf Umformtemperatur erwärmt zu werden. Es handelt sich um eine Platine aus Stahlblech. In Fig. 4b sind die Ziehwerkzeuge 8,9 der Ziehpresse 7 dargestellt. Die Ziehwerkzeuge 8,9 befinden sich in einer offenen Stellung. Die Patrize formt den Werkstückrohling 2' um die Matrize und schafft so ein Werkstück 2 in Form eines Formteils bzw. Ziehteils. In Fig. 4c sind die beiden Hälften 12,13 einer Aufnahme 11 einer Härteinrichtung 10 dargestellt, die im Folgenden noch näher beschrieben wird. In Fig. 2b ist eine Beschneideinrichtung 16 dargestellt, in der die beiden äußeren Enden des umgeformten und gehärteten Werkstücks 2 abgeschnitten werden.

[0053] In den Fig. 5a und 5b ist die Aufnahme 11 der Härteinrichtung 10 in einer offenen und in einer geschlossenen Stellung dargestellt. Die Aufnahme 11 besteht aus einer oberen und einer unteren Hälfte 12,13. Die Aufnahme könnte auch aus mehreren Teilen bestehen oder einteilig ausgebildet sein. An beiden Hälften 12,13 der Aufnahme 11 sind nach außen offene Kanäle 14 vorgesehen. Diese Kanäle 14 werden in geschlossener Stellung der Aufnahme 11 durch das darin aufgenommene Werkstück 2 geschlossen, so dass in den Kanälen 14 ein Kühlmedium zirkulieren kann. Das Kühlmedium wird über lediglich schematisch dargestellte Bohrungen 15,15', welche mit den Kanälen 14 in Verbindung stehen, zu- und wieder abgeführt. Die Abschnitte des Werkstücks 2, welche nicht einen in der Aufnahme 11 vorhandenen Kanal 14 schließen, liegen an Anlageflächen 18 an der Aufnahme 11 bzw. einer der Hälften 12,13 der Aufnahme 11 an.

[0054] Die Kanäle sind lediglich über einen zu härtenden Bereich 19 des Werkstücks 2 verteilt vorgesehen. Die Ränder 20 des Werkstücks 2 werden nicht gehärtet. Dort kommt das Werkstück 2 nicht mit Kühlmedium in Kontakt. In dem zu härtenden Bereich 19 allerdings ist das Werkstück 2 in geschlossener Stellung der Aufnahme 11 und mit Kühlmedium gefüllten Kanälen 14 wenigstens von einer Seite, also von oben oder unten, in Kontakt mit dem Kühlmedium. Im zu härtenden Bereich 19 wird das Werkstück 2 also überall entweder von oben oder von unten über direkten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium gekühlt.

[0055] Den Kanälen 14 der einen Hälfte 12,13 der Aufnahme 11 liegen an der anderen Hälfte 13,12 der Aufnahme 11 Anlageflächen 18 gegenüber. Im zu härtenden Bereich 19 ist das Werkstück 2 gleichsam entweder von oben oder von unten über die Anlageflächen 18 der Aufnahme 11 fixiert. An den Rändern 20, also in den nicht zu härtenden Bereichen des Werkstücks 2, liegt das Werkstück 2 jeweils durchgängig an den Anlageflächen 18 beider Hälften 12,13 der Aufnahme 11 an.

[0056] Es sind grundsätzlich auch Ausgestaltungen der Aufnahme denkbar, die von der in den Fig. 5a und 5b dargestellten und zuvor näher beschriebenen Aufnahme abweichen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, warm umgeformten Werkstücks (2) aus Stahlblech,

- bei dem ein Werkstückrohling (2') in wenigstens einem Ofen (5) wenigstens partiell bis auf eine Umformtemperatur erwärmt wird,

- bei dem der erwärmte Werkstückrohling (2') in wenigstens eine Ziehpresse (7) eingebracht wird,

- bei dem der erwärmte Werkstückrohling (2') in der wenigstens einen Ziehpresse (7) zu einem Werkstück (2) umgeformt wird,

- bei dem das umgeformte Werkstück (2) in wenigstens eine Härteinrichtung (10) eingebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass

- das umgeformte Werkstück (2) in einer an die Geometrie des umgeformten Werkstücks (2) angepassten und zwei Hälften (12,13) aufweisende Aufnahme (11) der Härteinrichtung (10) durch Anlage des Werkstücks (2) an Anlageflächen (18) der Hälften (12,13) fixiert wird,

- dass auf jeder Seite des Werkstücks (2) abwechselnd mit den Anlageflächen (18) vorgesehene Kanäle (14) der Hälften (12,13) von einem Kühlmedium durchströmt werden und dabei das Kühlmedium direkt mit dem Werkstück (2) Wärme austauscht und

- dass das umgeformte Werkstück (2) in der Aufnahme (11) durch den direkten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium wenigstens partiell gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem der Werkstückrohling (2') auf eine die Austenitisierungstemperatur des Werkstückrohlings (2') übersteigende Umformtemperatur erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der erwärmte Werkstückrohling (2') vor dem Einbringen in den Ofen (5) an der Luft vorgekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem der Werkstückrohling (2') stufenweise in einer Mehrzahl von Ziehpressen (7) zu einem Werkstück (2) umgeformt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem das umgeformte und gehärtete Werkstück (2) unmittelbar nach dem Entnehmen aus der Härteinrichtung (10) in eine Beschneideinrichtung (16) eingebracht und dort wenigstens teilweise beschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem das Werkstück (2) wenigstens teilweise während des Umformens beschnitten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
bei dem zu beschneidende Abschnitte des Werkstücks (2) in der Härteinrichtung (10) nicht gehärtet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
bei dem zu beschneidende Abschnitte des Werkstücks (2) in der Härteinrichtung (10) vom Kühlmedium ferngehalten werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
bei dem die zu beschneidenden Abschnitte des Werkstücks (2) höchstens geringfügig mit Ziehwerkzeugen (8,9) der wenigstens einen Ziehpresse (7) in Kontakt gebracht werden.

10. Warmumformanlage (1) zur Herstellung eines gehärteten umgeformten Werkstücks (2) aus Stahl, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

- mit einem Ofen (5) zum wenigstens partiellen Erwärmen eines Werkstückrohlings (2') auf eine Umformtemperatur,

- mit einer Ziehpresse (7) zum Umformen des Werkstückrohlings (2') und

- mit einer Übergabeeinrichtung (6) zur Übergabe des erwärmten Werkstückrohlings vom Ofen (5) an die Ziehpresse (7),

- wobei eine Härteinrichtung (10) zum Härten des Werkstücks (2) vorgesehen ist,

- wobei eine Übergabeeinrichtung zur Übergabe des umgeformten Werkstücks (2) von der Ziehpresse (7) an die Härteinrichtung (10) vorgesehen ist und

- wobei die Härteinrichtung (10) eine an die Geometrie des umgeformten Werkstücks (2) angepasste und zwei Hälften (12,13) aufweisende Aufnahme (11) zum Fixieren des umgeformten Werkstücks (2) durch Anlage des Werkstücks an Anlageflächen (18) der Hälften (12,13) aufweist, dadurch gekenntzeichnet,

- dass die Aufnahme (11) zum wenigstens partiellen Härten des umgeformten Werkstücks (2) durch direkten Wärmeaustausch mit einem in Kanälen (14) entlang des Werkstücks (2) geführten Kühlmedium ausgebildet ist und

- dass auf jeder Seite des Werkstücks (2) die Kanäle (14) und Anlageflächen (18) aufweisende Hälften (12,13) einander abwechselnd vorgesehen sind.

11. Warmumformanlage nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass in für das Härten vorgesehenen Bereichen (19) des Werkstücks (2) den Kanälen (14) der einen Hälfte (12,13) Anlageflächen (18) für das umgeformte Werkstück (2) der anderen Hälfte (13,12) gegenüber angeordnet sind.

Claims

1. Method for producing a hardened, hot-formed workpiece (2) made from sheet steel,

- in which a workpiece blank (2') in at least one oven (5) is heated at least partially to a forming temperature,

- in which the heated workpiece blank (2') is placed in at least one drawing press (7),

- in which the heated workpiece blank (2') is transformed into a workpiece (2),

- in which the workpiece formed (2) is placed in at least one hardening device (10), characterised in that

- the workpiece formed (2) is fixed in a slot (11) on the hardening device (10), which is adapted to the geometry of the workpiece formed (2) and which is in two halves (12,13), by attaching the workpiece (2) to the contact surfaces (18) of the halves (12,13),

- on each side of the workpiece (2), alternating with the contact surfaces (18), designated ducts (14) on the halves (12,13) through which cooling agent runs, which creates a direct heat exchange between the cooling agent and the workpiece (2) and

- the workpiece formed (2) is at least partially hardened in the slot (11) by means of the direct heat exchange with the cooling agent.

2. Method according to claim 1, in which the workpiece blank (2') is heated to a forming temperature which exceeds the austenitising temperature of the workpiece blank (2').

3. Method according to claim 1 or 2, in which the heated workpiece blank (2') is air-cooled prior to being placed in the oven (5).

4. Method according to any one of claims 1 to 3, in which the workpiece blank (2') is gradually formed in a plurality of drawing presses (7) into the shape of a workpiece (2).

5. Method according to any one of claims 1 to 4, in which the formed and hardened workpiece (2) is directly placed in a cutting device (16) after being removed from the hardening device (10) and is at least partially cut in said device.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, in which the workpiece (2) is cut at least partially during the forming process.

7. Method according to claim 5 or 6, in which the sections of the workpiece (2) which require cutting are not hardened in the hardening device (10).

8. Method according to claim 7, in which the sections of the workpiece (2) which require cutting are kept away from the cooling agent in the hardening device (10).

9. Method according to any one of claims 5 to 8, in which the sections of the workpiece (2) which require cutting are barely brought into contact with drawing tools (8,9) from at least one drawing press (7).

10. Hot-forming facility (1) for the production of a hardened shaped workpiece (2) made of steel, preferably according to one of claims 1 to 9,

- with an oven (5) for heating a workpiece blank (2') at least partially to a forming temperature,

- with a drawing press (7) for shaping the workpiece blank (2') and

- with a conveying device (6) to convey the heated workpiece blank from the oven (5) to the drawing press (7),

- wherein a hardening device (10) for hardening the workpiece (2) is provided,

- wherein a conveying device for conveying the shaped workpiece (2) from the drawing press (7) to the hardening device (10) is provided,

- wherein the hardening device (10) is equipped with a slot (11) which is adapted to the geometry of the workpiece formed (2) and is in two halves (12,13) for fixing the workpiece formed (2) by attaching the workpiece to the contact surfaces (18) of the halves (12,13), characterised in that

- the slot (11) is equipped for the at least partial hardening of the workpiece formed (2) by means of a direct heat exchange with a cooling agent poured into ducts (14) along the workpiece (2) and

- on each side of the workpiece (2), the halves (12,13) which possess ducts (14) and contact surfaces (18) are designated for alternating.

11. Hot-forming facility according to claim 10, characterised in that, in provided areas (19) for the hardening of the workpiece(2), the ducts (14) of one half (12,13) are arranged opposite the contact surfaces (18) for the workpiece formed (2) of the other half (13,12).

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une pièce (2) en tôle d'acier, formée à chaud et trempée,

- dans lequel un flan de pièce (2') est chauffé au moins partiellement à une température de formage dans au moins un four (5),

- dans lequel le flan de pièce (2') chauffé est intégré dans au moins une presse à emboutir (7),

- dans lequel le flan de pièce (2') chauffé dans l'au moins une presse à emboutir (7) est formé en une pièce (2),

- dans lequel la pièce (2) formée est intégrée dans au moins un dispositif de trempe (10), caractérisé en ce que

- la pièce (2) formée est fixée dans une réception (11) du dispositif de trempe (10) adaptée à la géométrie de la pièce (2) formée et présentant deux moitiés (12, 13), par le placement de la pièce (2) sur des surfaces de pose (18) des moitiés (12, 13),

- des canaux (14) des moitiés (12, 13) prévus en alternance avec les surfaces de pose (18) de chaque côté de la pièce (2) sont traversés par un agent de refroidissement, ce qui fait que l'agent de refroidissement échange directement de la chaleur avec la pièce (2) et

- la pièce (2) formée est trempée au moins partiellement dans la réception (11) par l'échange direct de chaleur avec l'agent de refroidissement.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le flan de pièce (2') est chauffé à une température de formage supérieure à la température d'austénitisation du flan de pièce (2').

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le flan de pièce (2') chauffé est refroidi à l'air avant l'introduction dans le four (5).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le flan de pièce (2') est formé graduellement en une pièce (2) dans une pluralité de presses à emboutir (7).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la pièce (2) formée et trempée est, après avoir été prélevée du dispositif de trempe (10), introduite directement dans un dispositif de coupe (16) et y est découpée au moins partiellement.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la pièce (2) est découpée au moins partiellement pendant le formage.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel des tronçons à découper de la pièce (2) ne sont pas trempés dans le dispositif de trempe (10).

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel des tronçons à découper de la pièce (2) sont maintenus à distance par l'agent de refroidissement dans le dispositif de trempe (10).

9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel les tronçons à découper de la pièce (2) sont amenés tout au plus légèrement en contact avec des outils d'emboutissage (8, 9) d'au moins une presse à emboutir (7).

10. Installation de formage à chaud (1) pour fabriquer une pièce (2) en acier formée et trempée, de préférence selon l'une des revendications 1 à 9,

- comprenant un four (5) pour le chauffage au moins partiel d'un flan de pièce (2') à une température de formage,

- comprenant une pièce à emboutir (7) pour le formage du flan de pièce (2') et

- comprenant un dispositif de transfert (6) pour transférer le flan de pièce chauffé du four (5) à la pièce à emboutir (7),

- sachant qu'un dispositif de trempe (10) est prévu pour tremper la pièce (2),

- sachant qu'un dispositif de transfert est prévu pour transférer la pièce (2) formée de la presse à emboutir (7) au dispositif de trempe (10) et

- sachant que le dispositif de trempe (10) présente une réception (11) adaptée à la géométrie de la pièce (2) formée et présentant deux moitiés (12, 13) pour fixer la pièce (2) formée, par le placement de la pièce (2) sur des surfaces de pose (18) des moitiés (12, 13),
caractérisé en ce

- que la réception (11) est formée pour le trempage au moins partiel de la pièce (2) formée par échange de chaleur direct avec un agent de refroidissement dirigé dans des canaux (14) le long de la pièce (2) et

- que sur chaque côté de la pièce (2), les canaux (14) et les moitiés (12, 13) présentant des surfaces de pose (18) sont prévus en alternance les uns avec les autres.

11. Installation de formage à chaud selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans des parties (19) de la pièce (2) prévues pour la trempe, des surfaces de pose (18) pour la pièce (2) formée de l'une moitié (13, 12) sont associés aux canaux (14) de l'autre moitié (12, 13).

Zeichnung