DE102009021395B3

DE102009021395B3 - Method and device for producing sheet metal components

Info

Publication number: DE102009021395B3
Application number: DE102009021395A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gosmann
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: US20100288402A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen, bei welchem ein Werkstück aus Stahlblech austenitisiert und pressgehärtet wird. Das Werkstück wird in einem Umformwerkzeug so lange gehalten, bis eine erste Haltezeit (A) erreicht ist. Anschließend wird das pressgehärtete Werkstück aus dem Umformwerkzeug entnommen und während einer Haltezeit (B), die im Wesentlichen der Haltezeit (A) im Umformwerkzeug entspricht, in ein formhaltendes Werkzeug eingelegt, wo es weiter abkühlt. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Herstellungszeit zu verkürzen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Umformwerkzeug als erste Werkzeugstufe und einem formhaltenden Werkzeug als zweite Werkzeugstufe.Method for producing sheet metal components, in which a workpiece made of sheet steel is austenitized and press-hardened. The workpiece is held in a forming tool until a first holding time (A) is reached. Subsequently, the press-hardened workpiece is removed from the forming tool and during a holding time (B), which essentially corresponds to the holding time (A) in the forming tool, placed in a shape-retaining tool where it continues to cool. By this method, it is possible to shorten the production time. The invention also relates to a device for carrying out the method with a forming tool as a first tool stage and a shape-retaining tool as a second tool stage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4.The The invention relates to a method for producing sheet metal components according to the characteristics of Patent claim 1 and an apparatus for carrying out the Method according to the features of claim 4.

In der Automobilindustrie hat sich das Formhärten oder auch Presshärten von Blechbauteilen etabliert. Allerdings sind die Bauteilkosten relativ hoch, so dass angestrebt wird, die Zykluszeiten des Herstellungsverfahrens zu reduzieren. Ein Grund für die hohen Zykluszeiten ist, dass es beim Formhärten einer gewissen Haltezeit im Umformwerkzeug bedarf, um die Wärme aus dem umgeformten und zu härtenden Werkstück abzuführen. Da zum Presshärten umwandelbare Stähle verwendet werden müssen, ist es erforderlich, diese zu austenitisieren, das heißt auf ihre werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur in einer Größenordnung um 950°C zu erwärmen. Während des Umformens erfolgt eine rasche Abkühlung, bei welcher das Werkstoffgefüge den austenitischen Bereich verlässt und durch Abkühlung auf Temperaturen zwischen 100°C und 200°C eine martensitische Gefügestruktur erhält, welche zu den gewünschten hochfesten Bauteilen führt. Ein Werkstoff, der sich sehr gut für dieses Verfahren eignet, ist 22MnB5. Die auf diese Weise hergestellten Bauteile kommen insbesondere im Seitenaufprallschutz bei A- und B-Säulen, bei Schwellern, Rahmenteilen, Stoßfängern und Stoßstangenträgern, Türverstärkungen sowie bei Quer- und Dachträgern von Kraftfahrzeugen zum Einsatz.In The automotive industry has the form hardening or press hardening of Sheet metal components established. However, the component costs are relatively high, so that the aim is the cycle times of the manufacturing process to reduce. One reason for the High cycle times is that when molding a certain holding time in the forming tool needs to heat the reformed and to be hardened workpiece dissipate. As for press hardening convertible steels must be used it is necessary to austenitise them, that is to say on theirs material-specific Austenitisierungstemperatur in an order of magnitude at 950 ° C to warm up. While the forming takes place a rapid cooling, in which the material structure austenitic Area leaves and by cooling at temperatures between 100 ° C and 200 ° C a martensitic microstructure which one gets to the desired ones high-strength components leads. A material that lends itself well to this process is 22MnB5. The components produced in this way come in particular in side impact protection at A- and B-pillars, for sills, frame parts, bumpers and bumper supports, door reinforcements as well as with transverse and roof beams used by motor vehicles.

Bedingt durch die gewünschte Härtung sind relativ große Wärmemengen in kürzester Zeit aus dem Werkstück abzuführen. Obwohl die Abkühlkurve anfangs steil abfällt, flacht sich die Abkühlkurve im weiteren Verlauf ab. Das heißt, dass mit zunehmender Haltedauer je Zeiteinheit eine immer geringere Wärmemenge abgeführt wird. Dieser Umstand führt zu relativ langen Haltezeigen von 15 bis 20 Sekunden, in denen das Umformwerkzeug geschlossen ist und für die weitere Herstellung von Blechbauteilen blockiert ist. Das gilt insbesondere bei Transferpressen, bei denen der Transport zwischen Werkzeugstraßen mit Hilfe von Transferbalken erfolgt.conditioned through the desired hardening are relatively large amounts of heat in no time Time out of the workpiece dissipate. Although the cooling curve at the beginning falling steeply, the cooling curve flattens out in the further course. This means, that with increasing holding time per unit time a smaller and smaller amount of heat dissipated becomes. This circumstance leads to relatively long stops of 15 to 20 seconds in which the Forming tool is closed and for the further production of Sheet metal components is blocked. This applies in particular to transfer presses, where the transport between tool roads using transfer bars he follows.

Theoretisch ist es zwar möglich, die Blechbauteile bei höheren Temperaturen aus dem Umformwerkzeug zu entnehmen und an der Umgebungsluft auskühlen zu lassen, allerdings verziehen sich die noch warmen Bauteile, was zu erhöhtem Ausschuss führt.Theoretically while it is possible the sheet metal components at higher Remove temperatures from the forming tool and the ambient air cooling down to let, however, warp the still warm components, what to increased committee leads.

Zum Stand der Technik ist die DE 24 52 486 A1 zu nennen. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus gehärtetem Stahl beschrieben, wobei ein Rohling aus härtbarem Stahl auf eine Härtungstemperatur und danach zu seiner gewünschten endgültigen Form in einer Formungseinrichtung geformt wird. In der Formungseinrichtung wird das Werkstück einer wesentlichen Formveränderung unterzogen und schnell gekühlt, so dass es ein martensitischen und/oder bainitisches Gefüge erhält. Bis zur Beendigung der schnellen Kühlung befindet sich das Werkstück fortwährend in der Formungseinrichtung.The state of the art is the DE 24 52 486 A1 to call. This document describes a method of making a hardened steel workpiece by forming a hardenable steel blank to a hardening temperature and then to its desired final shape in a former. In the molding device, the workpiece is subjected to a substantial change in shape and cooled rapidly, so that it receives a martensitic and / or bainitic structure. Until the completion of the rapid cooling, the workpiece is constantly in the molding device.

Ferner ist die DE 10 2006 040 224 A1 zu nennen, die ein Warmumformwerkzeug zum Warmumformen eines Metallstücks mit wenigstens zwei zum Umformen des Werkstücks relativ zueinander bewegbaren Matrizen und einer Kühlvorrichtung betrifft. Um das Warmumformwerkzeug zu verbessern wird vorgeschlagen, das Warmumformwerkzeug mit einer Trennvorrichtung zu versehen. Die Trennoperation wird durchgeführt bevor das sich abkühlende Werkstück eine zu niedrige Temperatur erreicht und dann eine erhöhte Festigkeit besitzt. Die höhere Festigkeit ist Folge einer Umwandlung eines austenitischen Gefüges in ein martensitisches Gefüge. Das Werkstück wird somit pressgehärtet in Kombination mit einem Trennvorgang im Umformwerkzeug.Furthermore, the DE 10 2006 040 224 A1 to be mentioned, which relates to a hot forming tool for hot forming a metal piece with at least two for moving the workpiece relative to each other movable dies and a cooling device. In order to improve the hot forming tool, it is proposed to provide the hot forming tool with a separator. The separation operation is performed before the cooling workpiece reaches too low a temperature and then has increased strength. The higher strength results from a transformation of an austenitic structure into a martensitic structure. The workpiece is thus press hardened in combination with a separation process in the forming tool.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen aufzuzeigen, bei welchem bzw. mit welcher durch Presshärten hergestellte Bauteile mit kürzeren Zykluszeiten und gleich bleibender Formgenauigkeit hergestellt werden können.Of these, The invention is based on the object, a method for the production of sheet metal components or a device for the production of Show sheet metal components in which or with which produced by press hardening Components with shorter ones Cycle times and consistent shape accuracy can be produced can.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is by a method with the measures of the claim 1 solved.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 4.A suitable device for implementation of the method is the subject of claim 4.

Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige, nicht selbstverständliche Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens.The under claims do not concern functional, not self-evident Embodiments of the inventive concept.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Werkstück aus Stahlblech mit umwandelbarem Gefüge in bekannter Weise austenitisiert wird, das heißt, auf eine Temperatur oberhalb seiner Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und zum Presshärten in ein Umformwerkzeug eingelegt wird, wo es umgeformt wird. Gleichzeitig erfolgt eine sehr schnelle Abkühlung des Werkstücks innerhalb des Umformwerkzeugs. Das Umformwerkzeug, bei welchem es sich um eine Presse mit Obergesenk und Untergesenk handelt, wird hierzu intensiv gekühlt, um die gewünschten Abkühlgeschwindigkeiten zu realisieren. Dabei wandelt sich das austenitische Gefüge in ein martensitisches Gefüge um. Der Werkstoff wird somit in ein und demselben Werkzeug umgeformt und gehärtet. Das Werkstück muss nun so lange im Umformwerkzeug gehalten werden, bis eine erste Haltezeit erreicht ist. Anschließend wird das bereits pressgehärtete, aber immer noch warme Werkstück aus dem Umformwerkzeug entnommen und unmittelbar im Anschluss in ein gekühltes, formhaltendes Werkzeug eingelegt. In diesem formhaltenden Werkzeug wird das umgeformte Blechbauteil so lange gehalten, bis eine zweite Haltezeit erreicht ist, die vorzugsweise etwa der ersten Haltezeit entspricht. Das Werkstück kühlt innerhalb des Werkzeugs auf eine Endtemperatur ab, die eine Entnahme erlaubt, ohne dass sich das fertige Werkstück in unerwünschter Weise verzieht. Vorzugsweise hat der Werkstoff des formhaltenden Werkzeugs eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff des Umformwerkzeugs.In the method according to the invention, it is provided that a workpiece made of sheet steel with a convertible structure is austenitized in a known manner, that is, heated to a temperature above its austenitizing temperature and placed in a forming tool for press hardening, where it is formed. At the same time there is a very rapid cooling of the workpiece within the forming tool. The forming tool, which is a press with upper die and lower die, is intensively cooled to achieve the desired cooling rates. The austenitic structure transforms into a martensitic structure. The material is thus in the same tool shaped and hardened. The workpiece must now be kept in the forming tool until a first holding time is reached. Subsequently, the already press-hardened, but still warm workpiece is removed from the forming tool and placed immediately after in a cooled, shape-retaining tool. In this shape-retaining tool, the formed sheet metal component is held until a second holding time is reached, which preferably corresponds approximately to the first holding time. The workpiece cools within the tool to a final temperature that permits removal without undesirably distorting the finished workpiece. Preferably, the material of the shape-retaining tool has a higher thermal conductivity than the material of the forming tool.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das hochbelastete Umformwerkzeug nicht 15 bis 20 Sekunden geschlossen sein muss, sondern vorzugsweise nach einer kürzeren Haltezeit wieder geöffnet werden kann und somit auch nach einem kürzeren Zeitraum wieder zur Umformung eines weiteren Blechbauteils zur Verfügung steht. Durch den Einsatz von zwei Werkzeugen, nämlich einem ersten Werkzeug, das zur Umformung vorgesehen ist, und einem zweiten Werkzeug, das zum Abkühlen und gegebenenfalls Kalibrieren vorgesehen ist, lässt sich die Taktzeit zur Herstellung von Blechbauteilen im Optimalfall halbieren. Dies soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden:
Bei einer Transferpresse können die Werkstücke zwischen den beiden vorgesehenen Umformwerkzeugen über zwei paarweise zusammenwirkende Transferbalken verlagert werden. Der Transfer erfolgt zwischen den Hüben der Transferpresse. Es wird beispielhaft angenommen, dass die Transferzeit zwischen zwei Werkzeugstufen 5 Sekunden beträgt und dass die Haltezeiten im ersten und zweiten Umformwerkzeug identisch sind und beispielsweise 10 Sekunden betragen. Unter dieser Annahme ergeben sich insgesamt 15 Sekunden Transferzeit, die sich zusammensetzen aus dem Transfer des Stahlblechs in das erste Umformwerkzeug, von dort in das zweite Umformwerkzeug und schließlich der Entnahme aus dem zweiten Umformwerkzeug. Hinzu kommen 2 × 10 Sekunden Haltezeit. Das bedeutet, dass das erste Werkstück nach 15 + 20 = 35 Sekunden pressgehärtet ist.This procedure has the advantage that the highly loaded forming tool does not have to be closed for 15 to 20 seconds, but can preferably be opened again after a shorter holding time and thus is available again for forming a further sheet metal component after a shorter period of time. Through the use of two tools, namely a first tool, which is intended for forming, and a second tool, which is provided for cooling and optionally calibrating, the cycle time for the production of sheet metal parts can be halved in the optimal case. This will be clarified by the following example:
In the case of a transfer press, the workpieces can be displaced between the two intended forming tools by means of two paired transfer bars. The transfer takes place between the strokes of the transfer press. It is assumed by way of example that the transfer time between two tool stages is 5 seconds and that the holding times in the first and second forming tools are identical, for example 10 seconds. Under this assumption, there is a total of 15 seconds transfer time, which consist of the transfer of the steel sheet into the first forming tool, from there into the second forming tool and finally the removal from the second forming tool. There are also 2 × 10 seconds hold time. This means that the first workpiece is press hardened after 15 + 20 = 35 seconds.

Aufgrund der Taktung des Transferbalkens wird alle 15 Sekunden ein Bauteil fertig gestellt.by virtue of the timing of the transfer bar becomes a component every 15 seconds finished.

Im Vergleich hierzu würde bei einem einstufigen Presswerkzeug, das ebenfalls 20 Sekunden geschlossen gehalten wird und bei welchem ebenfalls jeweils 5 Sekunden Transferzeit zur Be- und Entnahme anzusetzen sind, das erste Werkstück nach 20 + 2 × 5 = 30 Sekunden pressgehärtet sein. Jedes nachfolgende Bauteil wird nach weiteren 25 Sekunden fertig gestellt.in the Comparison would be in a single-stage pressing tool, which also closed 20 seconds and in each case also 5 seconds transfer time are to be set for loading and unloading, the first workpiece after 20 + 2 × 5 = 30 seconds press hardened be. Each subsequent component will be activated after another 25 seconds finished.

Im Unterschied zum erfindungsgemäßen Verfahren dauert die Herstellung bei der Verwendung von nur einem Umformwerkzeug und entsprechend langer Haltezeit bei diesem Beispiel 10 Sekunden länger. Bezogen auf einen Bearbeitungszyklus von 25 Sekunden ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei den angenommenen Parametern eine Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit um 40% möglich.in the Difference to the method according to the invention takes the manufacturing when using only one forming tool and correspondingly long hold time in this example 10 seconds longer. Based to a processing cycle of 25 seconds is with the inventive method with the assumed parameters an increase of the production speed 40% possible.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist, dass die Werkzeuge auf ihren primären Anwendungszweck besser abgestimmt werden können. Das heißt, dass das Umformwerkzeug aus einem sehr festen und widerstandsfähigen Material gefertigt sein kann, das speziell auf die Anforderungen der Warmumformung bzw. des Formhärtens abgestimmt ist.One Another key aspect is that the tools are better at their primary application can be matched. This means, that the forming tool is made of a very strong and resistant material can be manufactured, especially to the requirements of hot forming or of mold hardening is tuned.

In dieser ersten Werkzeugstufe ist es wichtig, dass das Bauteil möglichst gleichmäßig abgekühlt wird. Daher sind dementsprechend eine Vielzahl von Kühlbohrungen und Kühlkanälen vorgesehen.In In this first tool stage, it is important that the component as possible is cooled evenly. Therefore, a plurality of cooling holes and cooling channels are accordingly provided.

In der zweiten Werkzeugstufe kommt es nicht mehr primär darauf an, das Werkstück möglichst gleichmäßig abzukühlen, sondern darauf, das Werkstück möglichst rasch der Endtemperatur zuzuführen, so dass es sich nicht verzieht. Daher ist es möglich, in der zweiten Werkzeugstufe, das heißt bei dem formhaltenden Werkzeug, einen anderen Werkstoff einzusetzen und eine andere Kühlgeometrie vorzusehen. Dieser Werkstoff muss nicht zwingend die hohe Festigkeit und Härte wie der Werkstoff des Umformwerkzeugs aufweisen, sondern kann aufgrund der geringeren mechanischen Belastung aus einem Werkstoff höherer Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein. Es kann sich hierbei sogar um einen Kupferwerkstoff handeln, der eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Umformwerkzeug, das zum Presshärten im Bereich der ersten Werkzeugstufe eingesetzt wird.In The second tool level is no longer primarily concerned on, the workpiece preferably to cool evenly, but on it, the workpiece preferably quickly supply the final temperature, so it does not warp. Therefore, it is possible, in the second tool stage, this means in the shape-retaining tool to use a different material and to provide a different cooling geometry. This material does not necessarily have the high strength and hardness like have the material of the forming tool, but may due to the lower mechanical load of a material of higher thermal conductivity be made. It may even be a copper material act, which is a much higher thermal conductivity has as the forming tool, the press-hardening in the area of the first Tool level is used.

Im Rahmen der Prozessoptimierung wird angestrebt, die Zykluszeiten beim Presshärten soweit wie möglich zu reduzieren. Aus Qualitätsgründen muss aber sicher gestellt sein, dass eine möglichst vollständige Umwandlung in martensitisches Gefüge erfolgt und dass bestimmte Fertigungstoleranzen nicht überschritten werden.in the The aim of the process optimization is the cycle times during press hardening as far as possible to reduce. For quality reasons must but make sure that as complete a conversion as possible in martensitic structure and that certain manufacturing tolerances are not exceeded.

Je nach Gestalt und Werkstoff des umzuformenden Stahlblechs ergeben sich unterschiedliche Haltezeiten der Umformwerkzeuge. Im Rahmen der Erfindung wird angestrebt, dass die Umformwerkzeuge höchstens 20 Sekunden, bevorzugt höchstens 15 Sekunden, insbesondere nur 10 Sekunden zum Presshärten geschlossen gehalten werden. Bevorzugt sind die Haltezeiten im Umformwerkzeug und die Haltezeiten des nachgeschalteten formhaltenden Werkzeugs synchronisiert. Wenn beispielsweise bei einer einstufigen Fertigung unter Verwendung nur eines einzigen Umformwerkzeugs bislang eine Haltezeit von 20 Sekunden erforderlich war, wird angestrebt, dass sich diese Gesamthaltezeit nunmehr hälftig auf die Haltezeit des Umformwerkzeugs und die Haltezeit im formhaltenden Werkzeug verteilt. Hinzu kommt zwar die Zeit für das Öffnen und Schließen und das Handling zur Überführung des Werkstücks vom Umformwerkzeug zum formhaltenden Werkzeug. In der Summe ergibt sich jedoch eine geringere Zykluszeit im Hinblick auf das Umformwerkzeug, so dass der Herstellungsprozess insgesamt beschleunigt werden kann.Depending on the shape and material of the steel sheet to be formed, different holding times of the forming tools result. In the context of the invention, the aim is that the forming tools are held closed for press hardening for a maximum of 20 seconds, preferably at most 15 seconds, in particular only 10 seconds. Before The holding times in the forming tool and the holding times of the downstream shape-retaining tool are synchronized. If, for example, in the case of a one-stage production using only a single forming tool, a holding time of 20 seconds was required to date, it is desirable that this total holding time be distributed in half to the holding time of the forming tool and the holding time in the form-holding tool. In addition, there is the time for opening and closing and the handling for transferring the workpiece from the forming tool to the shape-retaining tool. In sum, however, results in a shorter cycle time with respect to the forming tool, so that the manufacturing process can be accelerated as a whole.

Im Rahmen der Erfindung wird das pressgehärtete Werkstück in dem formhaltenden Werkzeug primär abgekühlt, wobei das formhaltende Werkzeug verhindert, dass sich das Werkstück verzieht. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, das pressgehärtete Werkstück im formhaltenden Werkzeug zusätzlich zu kalibrieren, um die gewünschten Fertigungstoleranzen besser einhalten zu können.in the Under the invention, the press-hardened workpiece in the shape-retaining tool primarily cooled, wherein the shape-retaining tool prevents the workpiece from warping. It is also possible in the context of the invention, the press-hardened workpiece in the shape-retaining Additional tool to calibrate to the desired To be able to better comply with manufacturing tolerances.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkstoff des formhaltenden Werkzeugs eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Werkstoff des Umformwerkzeugs. Dies bezieht sich primär auf die mit dem Stahlblech in Kontakt gelangenden Bereiche der Werkzeuge. Selbstverständlich ist es möglich, den Kern eines Werkzeugs aus einem anderen Werkstück herzustellen als die mit dem umzuformenden bzw. zu haltenden bzw. zu kalibrierenden Werkstück in Kontakt gelangenden Bereiche. Insbesondere im Bereich des formhaltenden Werkzeugs ist es denkbar, Materialkombinationen zu wählen, die oberflächig, das heißt im Kontaktbereich zum Werkstück, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die aber zum Kern des Werkzeugs abnimmt. Hier ist beispielsweise eine Paarung aus einer Kupferdecklage mit einem tiefer liegenden Stützgerüst in Form eines Stahlkerns möglich.The inventive device to carry out of the method is characterized by the fact that the material of form-holding tool a higher thermal conductivity has as the material of the forming tool. This applies primary on the contacting with the steel sheet in contact areas of the tools. Of course Is it possible, to make the core of a tool from another workpiece than the one to be reshaped or held or calibrated workpiece in contact areas. Especially in the field of shape-retaining Tool it is conceivable to choose material combinations that superficially, this means in the contact area to the workpiece, a high thermal conductivity but which decreases to the core of the tool. Here is, for example a mating of a Kupferdecklage with a lower lying Scaffolding in the form a steel core possible.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die Anzahl der Kühlbohrungen und/oder Nuten im formhaltenden Werkzeug geringer gewählt sein kann als im Umformwerkzeug. Grundsätzlich sind sowohl das Umformwerkzeug als auch das formhaltende Werkzeug flüssigkeitsgekühlt, um die großen Wärmemengen in entsprechend kurzer Zeit abführen zu können. Aufgrund der Tatsache, dass das formhaltende Werkzeug selber nicht mehr an der Umformung des Stahlblechs teil hat, können größere Kühlquerschnitte und einfachere Kühlgeometrien gewählt werden, wie beispielsweise eine Schachtkühlung, bei der eine Reihe von Nuten in der Oberfläche des formhaltenden Werkzeugs vorgesehen sind, und welche von Kühlwasser durchströmt werden. Gleiches gilt für die Anordnung von Kühlbohrungen. Es ist möglich, nur wenige, zentrale Kühlbohrungen vorzusehen, so dass der Bearbeitungsaufwand des formhaltenden Werkzeuges wesentlich geringer ist als der für das Umformwerkzeug der ersten Werkzeugstufe.One Another decisive advantage of the device according to the invention is that the number of cooling holes and / or grooves in the shape-retaining tool to be selected smaller can be considered in the forming tool. Basically, both are the forming tool as well as the shape-retaining tool liquid cooled to the big ones amounts of heat in correspondingly short time to be able to. Due to the fact that the shape-retaining tool itself is not more involved in the forming of the steel sheet, larger cooling cross sections and simpler cooling geometries chosen be such as a shaft cooling, in which a number of Grooves in the surface the mold holding tool are provided, and which of cooling water flows through become. The same applies to the arrangement of cooling holes. It is possible, only a few, central cooling holes provide, so that the processing cost of the shape-retaining tool is much lower than that for the forming tool of the first Tool level.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The Invention is described below by the illustrated in the figures embodiments explained in more detail.

1 zeigt in stark vereinfachter und stark schematisierter Darstellung das Untergesenk eines Umformwerkzeugs 1 mit einem Werkstück 2 aus Stahlblech, das bereits zu der dargestellten U-Form innerhalb des Umformwerkzeugs 1 umgeformt worden ist. Das Obergesenk des Umformwerkzeugs 1 ist nicht dargestellt. Das Werkstück 2 wird in diesem Umformwerkzeug 1 gehärtet. Hierzu ist es zuvor austenitisiert worden, das heißt auf eine Temperatur oberhalb seiner Austenitisierungstemperatur erwärmt worden. Innerhalb des Umformwerkzeugs 1 erfolgen die Umformung und eine beschleunigte Abkühlung. Die anfallende Wärmemenge wird über eine nicht näher dargestellte Flüssigkeitskühlung aus dem Umformwerkzeug 1 abgeführt. 1 shows in a highly simplified and highly schematic representation of the lower die of a forming tool 1 with a workpiece 2 made of sheet steel, which already to the illustrated U-shape within the forming tool 1 has been reshaped. The upper die of the forming tool 1 is not shown. The workpiece 2 will in this forming tool 1 hardened. For this purpose, it has been previously austenitized, that is, heated to a temperature above its austenitizing temperature. Inside the forming tool 1 the forming and an accelerated cooling take place. The accumulating amount of heat is removed via a liquid cooling, not shown, from the forming tool 1 dissipated.

Das auf diese Weise umgeformte und pressgehärtete Werkstück 2 wird anschließend in ein formhaltendes Werkzeug 3 eingelegt, das in der 1 in der Bildebene rechts dargestellt ist. Das formhaltende Werkzeug 3 hat die gleiche Kontur wie das formgebende Umformwerkzeug 1. Es dient allerdings nicht zur Umformung, sondern zur Fixierung und gegebenenfalls noch Kalibrierung des noch warmen Werkstücks 2, um einen durch Abkühlung bedingten Verzug des Werkstücks 2 zu vermeiden.The formed in this way and press-hardened workpiece 2 then becomes a shape-retaining tool 3 inserted in the 1 is shown on the right in the image plane. The shape-retaining tool 3 has the same contour as the forming tool 1 , However, it is not used for forming, but for fixing and possibly even calibration of the still warm workpiece 2 to a caused by cooling delay of the workpiece 2 to avoid.

Auch bei dieser Abbildung des formhaltenden Werkzeugs 3 wurde auf die Darstellung eines Obergesenks verzichtet. Es versteht sich, dass das Werkstück 2 sowohl im Umformwerkzeug 1 als auch im formhaltenden Werkzeug 3 zwischen Obergesenk und Untergesenk eingeschlossen ist.Also in this illustration of the shape-retaining tool 3 was waived on the representation of a superior. It is understood that the workpiece 2 both in the forming tool 1 as well as in shape-retaining tool 3 enclosed between upper die and lower die.

Der Ablauf des Fertigungsverfahrens lässt sich anschaulich anhand der 2 erläutern.The course of the manufacturing process can be clearly illustrated by 2 explain.

2 zeigt eine Abkühlkurve eines Werkstücks 2. Das Werkstück 2 wird anfangs auf eine Temperatur erwärmt, die zumindest der Austenitisierungstemperatur (Ac3) entspricht. Das austenitische Gefüge des Werkstücks 2 soll in ein martensitisches Gefüge umgewandelt werden. Dies erfolgt zwischen einer Martensitstarttemperatur Ms und einer Martensitfinishtemperatur Mf. Es ist zu erkennen, dass die Abkühlkurve anfangs steil fällt, wobei der Bereich der Martensitumwandlung relativ schnell durchlaufen wird. Anschließend flacht sich die Abkühlkurve jedoch ab. Das eigentliche Presshärten ist bereits bei einer Temperatur geringfügig unter der Martensitfinishtemperatur Mf abgeschlossen. Das pressgehärtete Werkstück 2 wird nach der mit A bezeichneten Haltedauer aus dem Umformwerkzeug 1 entnommen und unmittelbar, das heißt ohne Zwischenlagerung, in das formhaltende Werkzeug 3 eingelegt. Die Haltezeit im formhaltenden Werkzeug 3 ist in der Darstellung der 2 mit B gekennzeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Haltezeiten A und B im Wesentlichen gleich groß sind, so dass die Zykluszeit des Umformwerkzeugs 1 im Wesentlichen halbiert ist gegenüber einem Umformwerkzeug, in welchem die vollständige Abkühlung auf die Endtemperatur erfolgt. 2 shows a cooling curve of a workpiece 2 , The workpiece 2 is initially heated to a temperature at least equal to the austenitizing temperature (Ac3). The austenitic structure of the workpiece 2 should be transformed into a martensitic structure. This occurs between a martensite start temperature Ms and a martensite finish temperature Mf. It can be seen that the cooling curve initially falls steeply, with the area of martensitic transformation being passed through relatively quickly. Then the cooling curve ever flattens but off. The actual press-hardening is already completed at a temperature slightly below the martensite finish temperature Mf. The press-hardened workpiece 2 becomes after the holding period designated A from the forming tool 1 taken and immediately, that is without intermediate storage, in the shape-retaining tool 3 inserted. The holding time in the shape-retaining tool 3 is in the representation of 2 marked B. It can be seen that the holding times A and B are substantially equal, so that the cycle time of the forming tool 1 is substantially halved compared to a forming tool, in which the complete cooling to the final temperature takes place.

11: Umformwerkzeugforming tool
22: Werkstückworkpiece
33: formhaltendes Werkzeugshape-retaining Tool
AA: Haltezeit im Umformwerkzeughold time in the forming tool
BB: Haltezeit im formhaltenden Werkzeughold time in shape-retaining tool
Ac3ac3: Austenitisierungstemperaturaustenitizing
Msms: Martensitstarttemperaturmartensite
Mfmf: Martensitfinishtemperaturmartensite

Claims

Process for the production of sheet metal components comprising the following steps: a) a workpiece ( 2 ) made of sheet steel is heated to a temperature above its Austenitisierungstemperatur (Ac3) and in a forming tool ( 1 ) is inserted; b) the workpiece ( 2 ) is in the forming tool ( 1 ) thermoformed and held until a first hold time (A) is reached; c) the workpiece ( 2 ) is removed from the forming tool ( 1 ) and directly into a cooled, shape-retaining tool ( 3 ) is inserted; d) the shape-retaining tool ( 3 ) is kept closed until the workpiece ( 2 ) in the tool ( 3 ) has cooled to a final temperature.

A method according to claim 1, characterized in that the holding time (A) in the forming tool ( 1 ) about the holding time (B) in the shape-retaining tool ( 3 ) corresponds.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the press-hardened workpiece ( 2 ) in the shape-retaining tool ( 3 ) is calibrated.

Device for producing sheet-metal components, comprising a forming tool ( 1 ) for press-hardening a workpiece ( 2 ) made of sheet steel and a shape-retaining tool ( 3 ) for receiving the still hot from the press hardening workpiece ( 2 ), wherein the material of the shape-retaining tool ( 3 ) has a higher thermal conductivity than the material of the forming tool ( 1 ).

Apparatus according to claim 4, characterized in that the material of the shape-retaining tool ( 3 ) has a lower strength and / or hardness than the material of the forming tool ( 1 ).

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the number of cooling bore and / or grooves in the shape-retaining tool ( 3 ) is less than in the forming tool ( 1 ).