EP2736661A1 - Segmentiertes presshärtewerkzeug - Google Patents

Segmentiertes presshärtewerkzeug

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Publication number
EP2736661A1
EP2736661A1 EP12741248.4A EP12741248A EP2736661A1 EP 2736661 A1 EP2736661 A1 EP 2736661A1 EP 12741248 A EP12741248 A EP 12741248A EP 2736661 A1 EP2736661 A1 EP 2736661A1
Authority
EP
European Patent Office
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tool
segment
working direction
press hardening
press
Prior art date
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Granted
Application number
EP12741248.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2736661B1 (de
Inventor
Mohamed Mekkaoui Alaoui
Peter Oelkers
Roland Malek
Mathias Kotzian
Gerd RUPP
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP2736661A1 publication Critical patent/EP2736661A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2736661B1 publication Critical patent/EP2736661B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/06—Stamping using rigid devices or tools having relatively-movable die parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a press hardening tool for producing hardened sheet metal parts from a hardenable steel sheet material.
  • Press hardening tools for producing hardened sheet metal parts are known from the prior art.
  • Such press hardening tools comprise at least two tool parts, which are movable relative to one another in a working direction and between which
  • a heated sheet steel material Upon application of a pressing force, a heated sheet steel material is formed and generally cooled at the same time, whereby an increase in strength occurs according to the known metallurgical mechanisms.
  • the press-hardening tool comprises at least two tool parts which are movable relative to one another in a working direction and between which a heated steel sheet material is formed by applying a pressing force acting in the working direction (shaping of the sheet steel material is understood as forming and / or holding, as explained in more detail below). and cooled and this can be cured in a known manner.
  • a pressing force acting in the working direction shape of the sheet steel material is understood as forming and / or holding, as explained in more detail below.
  • the press-hardening tool according to the invention can be designed for the simultaneous production of a plurality of hardened sheet-metal shaped parts. Furthermore, with the press-hardening tool according to the invention, the production is also partially hardened
  • At least one tool part and in particular also the segmented tool part is designed as a coolable tool part, for which purpose this tool part with at least one cooling device for cooling or at least in regions Cooling of the tool effective surface is equipped.
  • at least one second segment is formed with at least one cooling device (eg cooling channels).
  • the segments of a segmented trained tool part each have one
  • This shape portion may be flat or formed with a spatial shape.
  • a form section extending transversely to the working direction, in particular a surface section (the
  • Tool effective area understood that extends substantially perpendicular to the working direction. Under a steeply extending to the working direction of the mold section is in particular a surface portion (the tool acting surface) understood, which extends substantially at an angle of 0 ° to 15 ° to the working direction.
  • a mathematical compensation surface for the surface section in question may be considered.
  • the segments of a segmented tool part are preferably designed and arranged such that their mold sections form a substantially gap-free tool effective area at each point in time of the press hardening process.
  • the tool parts of the invention can be at least a first segment yielding or shrinking against this applied pressing force during pressing of a certain or defined pressing force during the press hardening process.
  • the tool parts of the press-hardening tool according to the invention are preferably designed in such a way that the steel sheet material can rest against the tool-working surfaces of these tool parts over the entire surface.
  • the cooling devices can here over the Sheet metal part a uniform cooling and good shape retention can be achieved.
  • the press hardening tool according to the invention can also be designed in such a way that the steel sheet material to be hardened rests only in regions on the tool acting surfaces during the press hardening process.
  • both the first segment and the second segment are fastened to a base plate belonging to the respective tool part, wherein the first segment (which has a form section extending transversely to the working direction) is supported directly or indirectly resiliently on this base plate.
  • the form section extending transversely to the working direction remains permanently, d. H. especially in the further collapse of the
  • Tool parts with the steel sheet material in touching contact and also brings a defined compressive force or surface pressure on the steel sheet material. Furthermore, locally occurring excessive pressing forces can be reduced, which could lead to sheet metal molding errors and / or damage to the press hardening tool.
  • the resilient support of a first segment can z. B. by mechanical springs, such as. Belleville springs, be accomplished. Particularly preferably, it is provided that the resilient support of a first segment is accomplished by at least one gas spring and in particular by at least one nitrogen spring. Such gas springs or nitrogen springs are available as purchased parts.
  • the maximum travel of a first segment relative to the base plate can be between 0.5 mm and 1.5 mm and in particular approximately 1.0 mm. The maximum travel can be in both directions by a
  • At least one second segment (which has a steeply extending to the working direction mold section) is designed as a slide, which is designed as a slide second segment is moved during further movement of the tool parts in a direction transverse to the direction and this quasi active is pressed against the steel sheet material reinforced.
  • Sheet steel material locally reinforced in this area to the corresponding
  • Shaping and cooling optimal flat concerns of the sheet steel material to be hardened can be achieved at the tool effective surfaces with an associated hereby optimal surface pressure.
  • the relevant tool part can have at least one driver. This driver can be used as
  • Driver block be formed, which is attached directly or indirectly to the tool base plate of the respective tool part.
  • the driver or driver block and formed as a slider second segment are formed with corresponding inclined surfaces, which slide on each other when moving the tool parts of the press hardening tool, about which in a known manner the displacement of the slider formed as a second segment is accomplished.
  • the second segment designed as a slide has at least one cooling device.
  • a cooling device can, for. B. be incorporated in the second segment cooling channels, which can be traversed by a cooling medium.
  • a particularly preferred embodiment of the press-hardening tool according to the invention provides that only one tool part and in particular only the die is segmented. Such a press-hardening tool will be explained in more detail below in connection with the figures.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a press hardening tool according to the invention.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a press hardening process with the
  • FIG. 1 shows a press hardening tool 100 according to the invention for producing hardened sheet metal shaped parts.
  • the press-hardening tool 100 comprises a first upper tool part 200 and a second lower tool part 300. As shown, this is
  • Press hardening tool 100 is the upper tool part 200 in the indicated by D.
  • the upper tool part (upper tool) 200 has an upper base plate 210 on which a cooled die 220 is constructed.
  • the template 220 is segmented and includes a first middle segment 221 that is generally horizontal and ,
  • the mold sections 222 and 224 form a closed die-side tool acting surface. With 230 cooling channels are designated, which are flowed through by a cooling medium for cooling the die-side tool effective surface or the mold sections 222 and 224.
  • the first segment 221 is supported by several gas pressure springs 260 directly to the upper base plate 210 and can move back by compression of these gas springs 260 against the working direction D. To limit the travel, is optional
  • Spacer 225 is provided. Due to the number and design of the gas springs 260, a force acting on the first segment 221 spring force can be adjusted.
  • the second segments 223 are designed as slides, which can be moved transversely to the working direction D. Moving the trained as a slider second
  • Segments 223 are made by the driver pads 240, which are attached directly to the upper base plate 210.
  • the driver pads 240 and the second segments 223 designed as slides have corresponding oblique surfaces which can slide on one another when moving the upper tool part 200 in the working direction D, whereby the displacement of the second segments 223 designed as slides is accomplished in a known manner transversely to the working direction D.
  • actuators eg. Hydraulic Kurzhubzylinder
  • Driver pads 240 are attached to slide plates 250. Also to the corresponding
  • Inclined surfaces of the slider formed as second segments 223 may be attached sliding plates or the like. Means for resetting the slider formed as second segments 223 are not shown. The restitution could z. B. by spring elements (such as, for example, gas springs) accomplished.
  • the lower tool part (lower tool) 300 has a lower base plate 310 on which a cooled punch 320 is constructed.
  • the punch 320 is formed as a rigid punch and has a closed punch-side tool acting surface.
  • the stamp 320 may also be of a different type.
  • the punch-side tool acting surface comprises a region (or molding section) 322, the extends substantially perpendicular to the working direction D, and a plurality of portions (or mold portions) 324, which extend steeply to the working direction D.
  • With 330 cooling channels are referred to, which are flowed through by a cooling medium for cooling the punch-side tool effective area.
  • the lower tool part 300 may further include a hold-down (not shown). This is preferably a cooled down holder which has a corresponding cooling device (such as, for example, cooling channels).
  • a heated steel sheet material is inserted into the opened press hardening tool 100.
  • Stahlblechmateriai heated before being placed in the press hardening tool 100 to a temperature of more than 900 ° C.
  • Sheet steel material when placed in the press hardening tool the shape of a flat
  • Sheet metal have (direct press hardening process, wherein the press hardening tool has a forming function).
  • the steel sheet material to be hardened when inserted into the press hardening tool may have the form of an already cold preformed sheet metal part or intermediate molded part (indirect press hardening, wherein the press hardening tool has a deforming or shape-retaining function). After inserting a heated steel sheet material, the press hardening tool 100 becomes
  • FIG. 2 shows the press-hardening tool 100 in the closed state. Between the die 220 and the punch 320 is a sheet steel material 400 to be cured, the
  • Closing of the press hardening tool 100 has been formed according to the punch and die contour and is applied to the tool effective surfaces.
  • the die 220 is in a lower end position as a whole and can not be moved further in the working direction D.
  • a pressing force F required for press-hardening is applied to the press-hardening tool 100 by the forming press, which is illustrated by the force arrow F directed onto the upper base plate 210.
  • the applied pressing force F leads to an increase in pressure in the gas pressure springs 260, which initially served only to transmit power when closing the press hardening tool 100.
  • the gas springs can spring 260, which in this case is synonymous with a yielding of the first segment 221 against the applied pressing force F, at least until this the optional spacer element 225 abuts (as shown in Fig. 2).
  • the further collapse of the tool parts 200 and 300 is accompanied by an analog compression of the gas springs 260.
  • This compression of the gas springs 260 causes a continuous yielding of the first segment 221.
  • This yielding can be considered a retraction of the inherently stationary first segment 221 within the upper tool part 200, in which the first segment 221, as illustrated by the movement arrow A, almost moves towards the upper base plate 210, although the upper base plate 210 actually moves towards the first segment 221.
  • the gas springs 260 also cause the first segment 221 and its mold portion 222 at any time of the press hardening process with the steel sheet material 400 in
  • Gas springs 260 generated compressive force (which optionally with a on the
  • Spacer 225 transmitted compressive force superimposed is applied to the steel sheet 400, which leads to a flat abutment of the sheet steel 400 to be hardened on the mold sections 222 and 322 with a defined surface pressure.
  • Mold sections 224 and 324 with a relatively high surface pressure. This allows a rapid and uniform cooling of the steel sheet material 400 even in the steep areas, which is brought about in an optimal strength increase in the steel sheet material 400. Regardless, trained as a slide second
  • Segments 223 also have a forming (i.e., reshaping or at least shape-preserving) function.
  • a forming i.e., reshaping or at least shape-preserving
  • Sliding movements or slide strokes may be provided which exceed the above-mentioned orders of magnitude in the range of a few hundredths to several tenths of a millimeter go out, then preferably the maximum travel or travel of a first segment relative to the base plate can be more than 1, 5 mm.
  • the displacement movement B of the second segments 223 in the form of slides overlaps with the movement of the upper tool part 200 in the working direction D during the further movement of the tool parts 200 and 300.
  • the driver 240 and / or the second segments 223 designed as slides can advantageously a substantially perpendicular to the punch side
  • the press-hardening tool 100 After cooling the steel sheet material 400, which takes place while maintaining the pressing force F, the press-hardening tool 100 can be opened by moving the upper tool part 200 counter to the working direction D and the hardened sheet metal part can be removed.
  • the hardened sheet metal part is, for. B. to a vehicle tunnel for a motor vehicle body, which by design has steep area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Presshärtewerkzeug (100) zum Herstellen gehärteter Blechformteile aus einem Stahlblechmaterial (400), umfassend wenigstens zwei Werkzeugteile, die in einer Arbeitsrichtung (D) relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer in Arbeitsrichtung (D) wirkenden Presskraft (F) ein erwärmtes Stahlblechmaterial (400) geformt und abgekühlt und hierbei gehärtet werden kann. Es ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Werkzeugteile (220) segmentiert ausgebildet ist und wenigstens ein erstes Segment (221) mit einem sich quer zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt und wenigstens ein zweites Segment (223) mit einem sich steil zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt aufweist, wobei das erste Segment (221) beweglich am betreffenden Werkzeugteil (220) angeordnet ist und beim Überschreiten einer bestimmten Presskraft (F) entgegen der aufgebrachten Presskraft (F) nachgeben kann (A), um hierdurch ein weiteres Zusammenfahren der Werkzeugteile und ein damit einhergehendes verstärktes Andrücken (B, C) des zweiten Segments (223) an das Stahlblechmaterial (400) zu ermöglichen.

Description

Beschreibung
Segmentiertes Presshärtewerkzeug
Die Erfindung betrifft ein Presshärtewerkzeug zum Herstellen gehärteter Blechformteile aus einem härtbaren Stahlblechmaterial.
Presshärtewerkzeuge zum Herstellen gehärteter Blechformteile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Presshärtewerkzeuge umfassen wenigstens zwei Werkzeugteile, die in einer Arbeitsrichtung relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter
Aufbringung einer Presskraft ein erwärmtes Stahlblechmaterial geformt und in der Regel gleichzeitig abgekühlt wird, wodurch nach den bekannten metallurgischen Mechanismen eine Erhöhung der Festigkeit eintritt.
Um eine bestmögliche Abkühlung und in eine gute Formhaltigkeit zu erzielen, ist beim
Presshärtevorgang ein vollflächiges Anliegen des Stahlblechmaterials an den
Werkzeugwirkflächen der Werkzeugteile erforderlich. Dieses vollflächige Anliegen wird in der Regel durch ein aufwändiges Einarbeiten des Presshärtewerkzeugs erreicht. In der Praxis kann jedoch trotz dieses Einarbeitens ein vollflächiges Anliegen des Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen, insbesondere in steilen Bereichen (d. h. steil bezüglich der
Arbeitsrichtung), nicht zuverlässig gewährleistet werden, was z. B. auf einen zunehmenden Werkzeugverschleiß und/oder auf unregelmäßige Dickenverteilungen des Stahlblechmaterials zurückzuführen ist.
Diese Problematik ist bereits in der WO 2006/015849 A2 erläutert. Zur Lösung dieser
Problematik wird in der WO 2006/015849 A2 ein Presshärtewerkzeug vorgeschlagen, in dem das Stahlblechmaterial beim Presshärtevorgang nur noch bereichsweise in relevanten
Bereichen zwischen den Werkzeugteilen geklemmt wird, wozu die Werkzeugwirkflächen mit entsprechenden Klemmstegen (bspw. in Form von Vorsprüngen oder Aufmaßen) ausgebildet sind. In den Bereichen, in denen das Stahlblechmaterial beim Presshärtevorgang nicht geklemmt wird, ist dieses mit einem Luftspalt zu einem oder zu beiden Werkzeugwirkflächen beabstandet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Nachteilig bei dem in der WO 2006/015849 A2 vorgeschlagenen Presshärtewerkzeug ist jedoch, dass das Stahlblechmaterial in den nicht geklemmten Bereichen aufgrund der geringeren Abkühlgeschwindigkeit keine oder eine nur verhältnismäßig geringere
Festigkeitserhöhung erfährt. Das hergestellte Blechformteil weist somit unterschiedliche
Festigkeitseigenschaften auf. Ein derartiges Blechformteil ist jedoch nicht für alle
Verwendungszwecke geeignet.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Presshärtewerkzeug anzugeben, dass die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest nur in vermindertem Umfang aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Presshärtewerkzeug mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 . Die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale und Merkmalskombinationen betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs.
Das erfindungsgemäße Presshärtewerkzeug umfasst wenigstens zwei Werkzeugteile die in einer Arbeitsrichtung relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer in Arbeitsrichtung wirkenden Presskraft ein erwärmtes Stahlblechmaterial geformt (unter einer Formung des Stahlblechmaterials wird ein Umformen und/oder Formhalten verstanden, wie nachfolgend noch näher erläutert) und abgekühlt und hierbei in bekannter Weise gehärtet werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Werkzeugteile zumindest teilweise segmentiert ausgebildet ist und wenigstens ein erstes Segment mit einem sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt und wenigstens ein zweites
Segment mit einem sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist, wobei das erste Segment beweglich am betreffenden Werkzeugteil angeordnet ist und beim
Überschreiten einer bestimmten Presskraft entgegen dieser aufgebrachten Presskraft nachgeben bzw. zurückweichen kann, um hierdurch ein weiteres Zusammenfahren der
Werkzeugteile und ein damit einhergehendes verstärktes Andrücken des zweiten Segments an das Stahlblechmaterial zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Presshärtewerkzeug kann für die gleichzeitige Herstellung mehrerer gehärteter Blechformteile ausgebildet sein. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeug auch das Herstellen partiell gehärteter
Blechformteile möglich.
Um die Kühlung des Stahlblechmaterials beim Presshärtevorgang zu bewerkstelligen ist bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens ein Werkzeugteil und insbesondere auch das segmentiert ausgebildete Werkzeugteil als kühlbares Werkzeugteil ausgebildet ist, wozu dieses Werkzeugteil mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur Kühlung oder zumindest bereichsweisen Kühlung der Werkzeugwirkfläche ausgestattet ist. Insbesondere ist auch wenigstens ein zweites Segment mit wenigstens einer Kühleinrichtung (bspw. Kühlkanälen) ausgebildet.
Die Segmente eines segmentiert ausgebildeten Werkzeugteils weisen jeweils einen
Formabschnitt auf. Unter einem Formabschnitt wird ein zu einer Werkzeugwirkfläche
gehörender Oberflächenabschnitt verstanden, der beim Presshärtevorgang unmittelbar mit dem Stahlblechmaterial in Berührungskontakt gelangt. Dieser Formabschnitt kann eben oder mit einer räumlichen Formgebung ausgebildet sein. Unter einem sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt wird insbesondere ein Oberflächenabschnitt (der
Werkzeugwirkfläche) verstanden, der sich im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsrichtung erstreckt. Unter einem sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt wird insbesondere ein Oberflächenabschnitt (der Werkzeugwirkfläche) verstanden, der sich im Wesentlichen in einem Winkel von 0° bis 15° zur Arbeitsrichtung erstreckt. Zur Beurteilung der Erstreckung bzw. Ausrichtung eines Formabschnitts ist gegebenenfalls eine mathematische Ausgleichsfläche für den betreffenden Oberflächenabschnitt zu betrachten. Die Segmente eines segmentiert ausgebildeten Werkzeugteils sind bevorzugt derart ausgebildet und angeordnet, dass deren Formabschnitte zu jedem Zeitpunkt des Presshärtevorgangs eine im Wesentlichen spaltfreie Werkzeugwirkfläche ausbilden.
Indem beim Presshärtevorgang wenigstens ein erstes Segment beim Überschreiten einer bestimmten bzw. definierten Presskraft entgegen dieser aufgebrachten Presskraft nachgeben bzw. zurückweichen kann, können die Werkzeugteile des erfindungsgemäßen
Presshärtewerkzeugs (ohne nennenswerte Erhöhung der aufgebrachten Presskraft) noch weiter zusammen gefahren werden (in der Größenordnung weniger Hunderstel oder Zehntel Millimeter), wodurch in den steilen Bereichen die Oberflächenabschnitte der
gegenüberliegenden bzw. korrespondierenden Werkzeugwirkflächen in Arbeitsrichtung aufeinander zu bewegt werden. Durch die erfindungsgemäßen werkzeugbaulichen Maßnahmen kann somit auch in den zur Arbeitsrichtung steilen Bereichen (bspw. in den Zargenbereichen) ein zum Formen und Abkühlen ausreichendes flächiges Anliegen des zu härtenden
Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen mit einer hiermit einhergehenden hohen Flächenpressung (insbesondere im Verhältnis zu konventionellen Presshärtewerkzeugen) erreicht werden.
!rn Gegensatz zu dem aus der WO 2008/015843 A2 bekannten Presshäriewerkzeug sind die Werkzeugteile des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs bevorzugt derart ausgebildet, dass das Stahlblechmaterial vollflächig an den Werkzeugwirkflächen dieser Werkzeugteile anliegen kann. Bei entsprechender Ausbildung der Kühleinrichtungen können hierbei über dem Blechformteil eine einheitliche Abkühlung und eine gute Formhaltigkeit erzielt werden.
Ungeachtet dessen kann das erfindungsgemäße Presshärtewerkzeug auch derart ausgebildet sein, dass das zu härtende Stahlblechmaterial beim Presshärtevorgang nur bereichsweise an den Werkzeugwirkflächen anliegt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl das erste Segment als auch das zweite Segment an einer zum betreffenden Werkzeugteil gehörenden Grundplatte befestigt sind, wobei das erste Segment (das einen sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist) direkt oder indirekt federnd an dieser Grundplatte abgestützt ist. Durch die federnde AbStützung des ersten Segments an einer Grundplatte bleibt der sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckende Formabschnitt dauerhaft, d. h. insbesondere auch beim weiteren Zusammenfahren der
Werkzeugteile, mit dem Stahlblechmaterial in Berührungskontakt und bringt ferner eine definierte Druckkraft bzw. Flächenpressung auf das Stahlblechmaterial auf. Ferner können lokal auftretende übermäßige Presskräfte abgebaut werden, die zu Blechformteilfehlern und/oder zu Beschädigungen am Presshärtewerkzeug führen könnten.
Die federnde AbStützung eines ersten Segments kann z. B. durch mechanische Federn, wie bspw. Tellerfedern, bewerkstelligt werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die federnde Abstützung eines ersten Segments durch wenigstens eine Gasdruckfeder und insbesondere durch wenigstens eine Stickstofffeder bewerkstelligt wird. Solche Gasdruckfedern bzw. Stickstofffedern sind als Zukaufteile erhältlich. Der maximale Federweg eines ersten Segments relativ zur Grundplatte kann zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm und insbesondere in etwa 1 ,0 mm betragen. Der maximale Federweg kann in beiden Richtungen durch einen
mechanischen Anschlag begrenzt sein.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein zweites Segment (das einen sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist) als Schieber ausgebildet ist, wobei dieses als Schieber ausgebildete zweite Segment beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile in einer Richtung quer zur Arbeitsrichtung verschoben wird und hierbei quasi aktiv verstärkt gegen das Stahlblechmaterial gedrückt wird. Hierdurch wird das
Stahlblechmaterial lokal in diesem Bereich verstärkt an die korrespondierende
Werkzeugwirkfläche des gegenüberliegenden Werkzeugteils angedrückt, womit ein zum
Formen und Abkühlen optimales flächiges Anliegen des zu härtenden Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen mit einer hiermit einhergehenden optimalen Fiächenpressung erreicht werden kann. Der hierbei stattfindende Schieberhub kann z. B. im Bereich von wenigen Hunderstel bis zu mehreren Zehntel Millimetern liegen. Zur mechanischen Betätigung eines als Schieber ausgebildeten zweiten Segments kann das betreffende Werkzeugteil wenigstens einen Treiber aufweisen. Dieser Treiber kann als
Treiberklotz ausgebildet sein, der direkt oder indirekt an der Werkzeuggrundplatte des betreffenden Werkzeugsteils befestigt ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Treiber bzw. Treiberklotz und das als Schieber ausgebildete zweite Segment mit korrespondierenden Schrägflächen ausgebildet sind, die beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile des Presshärtewerkzeugs aufeinander abgleiten, worüber in bekannter Weise das Verschieben des als Schieber ausgebildeten zweiten Segments bewerkstelligt wird.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das als Schieber ausgebildete zweite Segment wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist. Eine solche Kühleinrichtung können z. B. im zweiten Segment eingearbeitete Kühlkanäle sein, die von einem Kühlmedium durchströmt werden können. Durch diese Maßnahme kann auch in steilen Bereichen eine optimale Abkühlung des Stahlblechmaterials beim Presshärtevorgang bewerkstelligt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs sieht vor, dass nur ein Werkzeugteil und insbesondere nur die Matrize segmentiert ausgebildet ist. Ein solches Presshärtewerkzeug wird im Weiteren im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in nicht einschränkender Weise aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung anhand der schematischen Figuren.
Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Presshärtewerkzeug.
Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht einen Presshärtevorgang mit dem
Presshärtewerkzeug der Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Presshärtewerkzeug 100 zum Herstellen gehärteter Blechformteile. Das Presshärtewerkzeug 100 umfasst ein erstes oberes Werkzeugteil 200 und ein zweites unteres Werkzeugteil 300. Gemäß Darstellung befindet sich das
Presshärtewerkzeug 100 in einem geöffneten Zustand. Zum Schließen des
Presshärtewerkzeugs 100 ist das obere Werkzeugteil 200 in der mit D angegebenen
Arbeitsrichtung relativ zum unteren Werkzeugteil 300 verfahrbar, wozu das Presshärtewerkzeug 100 in einer nicht dargestellten Umformpresse eingebaut ist.
Das obere Werkzeugteil (Oberwerkzeug) 200 weist eine obere Grundplatte 210 auf, auf der eine gekühlte Matrize 220 aufgebaut ist. Die Matrize 220 ist segmentiert ausgebildet und umfasst ein erstes mittleres Segment 221 , das einen sich im Wesentlichen horizontal und .
- 6 - senkrecht zur Arbeitsrichtung D erstreckenden Formabschnitt 222 aufweist, und mehrere zweite seitliche Segmente 223, die unmittelbar benachbart zum ersten Segment 221 angeordnet sind und die sich steil zur Arbeitsrichtung D erstreckende Formabschnitte 224 aufweisen. Die steil zur Arbeitsrichtung D ausgerichteten Formabschnitte 224 der zweiten Segmente 223 erstrecken sich unter einem Winkel y von ca. 15° zur Arbeitsrichtung D, was für das rechts dargestellte zweite Segment 223 mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist (die schräge Linie repräsentiert hierbei eine Ausgleichsfläche für den Formabschnitt 224). Die Formabschnitte 222 und 224 bilden eine geschlossene matrizenseitige Werkzeugwirkfläche. Mit 230 sind Kühlkanäle bezeichnet, die zur Kühlung der matrizenseitigen Werkzeugwirkfläche bzw. der Formabschnitte 222 und 224 von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Das erste Segment 221 ist über mehrere Gasdruckfedern 260 direkt an der oberen Grundplatte 210 abgestützt und kann sich durch Einfedern dieser Gasdruckfedern 260 entgegen der Arbeitsrichtung D zurückbewegen. Um den Federweg zu begrenzen, ist optional ein
Distanzstück 225 vorgesehen. Durch die Anzahl und Ausgestaltung der Gasdruckfedern 260 kann eine auf das erste Segment 221 wirksame Federkraft eingestellt werden.
Die zweiten Segmente 223 sind als Schieber ausgebildet, die quer zur Arbeitsrichtung D verschoben werden können. Das Verschieben der als Schieber ausgebildeten zweiten
Segmente 223 erfolgt durch die Treiberklötze 240, die direkt an der oberen Grundplatte 210 befestigt sind. Die Treiberklötze 240 und die als Schieber ausgebildeten zweite Segmente 223 weisen korrespondierende Schrägflächen auf, die beim Bewegen des oberen Werkzeugteils 200 in der Arbeitsrichtung D aufeinander abgleiten können, womit in bekannter Weise das Verschieben der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 quer zur Arbeitsrichtung D bewerkstelligt wird. Ergänzend können nicht dargestellte Aktuatoren (bspw. hydraulische Kurzhubzylinder) im oberen Werkzeugteil 200 verbaut sein. An den Schrägflächen der
Treiberklötze 240 sind Gleitplatten 250 befestigt. Auch an den korrespondierenden
Schrägflächen der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 können Gleitplatten oder dergleichen befestigt sein. Mittel zur Rückstellung der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 sind nicht dargestellt. Das RückStellen könnte z. B. durch Federelemente (wie z. B. Gasdruckfedern) bewerkstelligt werden.
Das untere Werkzeugteil (Unterwerkzeug) 300 weist eine untere Grundplatte 310 auf, auf der ein gekühlter Stempel 320 aufgebaut ist. Der Stempel 320 ist ais starrer Stempel ausgebildet und weist eine geschlossene stempelseitige Werkzeugwirkfläche auf. Der Stempel 320 kann auch anderer Bauart sein. Korrespondierend zu der matrizenseitigen Werkzeugwirkfläche umfasst die stempelseitige Werkzeugwirkfläche einen Bereich (bzw. Formabschnitt) 322, der sich im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsrichtung D erstreckt, und mehrere Bereiche (bzw. Formabschnitte) 324, die sich steil zur Arbeitsrichtung D erstrecken. Mit 330 sind Kühlkanäle bezeichnet, die zur Kühlung der stempelseitigen Werkzeugwirkfläche von einem Kühlmedium durchströmt werden. Das untere Werkzeugteil 300 kann ferner einen nicht dargestellten Niederhalter (bzw. Blechhalter) aufweisen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen gekühlten Niederhalter, der eine entsprechende Kühleinrichtung (wie bspw. Kühlkanäle) aufweist.
Zum Herstellen eines gehärteten Blechformteils wird ein erwärmtes Stahlblechmaterial in das geöffnete Presshärtewerkzeug 100 eingelegt. Typischerweise wird das zu härtende
Stahlblechmateriai vor dem Einlegen in das Presshärtewerkzeug 100 auf eine Temperatur von mehr als 900° C erwärmt. Bei einer ersten Verfahrensvariante kann das zu härtende
Stahlblechmaterial beim Einlegen in das Presshärtewerkzeug die Form einer ebenen
Blechplatine aufweisen (direktes Presshärteverfahren, wobei das Presshärtewerkzeug eine umformende Funktion hat). Bei einer zweiten Verfahrensvariante kann das zu härtende Stahlblechmaterial beim Einlegen in das Presshärtewerkzeug die Form eines bereits kalt vorgeformten Blechformteils bzw. Zwischenformteils aufweisen (indirektes Presshärten, wobei das Presshärtewerkzeug eine umformende oder formerhaltende Funktion hat). Nach dem Einlegen eines erwärmten Stahlblechmaterials wird das Presshärtewerkzeug 100 zum
Durchführen eines Presshärtevorgangs durch Verfahren des oberen Werkzeugteils 200 in der Arbeitsrichtung D geschlossen.
Fig. 2 zeigt das Presshärtewerkzeug 100 im geschlossenen Zustand. Zwischen der Matrize 220 und dem Stempel 320 befindet sich ein zu härtendes Stahlblechmaterial 400, das beim
Schließen des Presshärtewerkzeugs 100 entsprechend der Stempel- und Matrizenkontur geformt wurde und weithin an den Werkzeugwirkflächen anliegt. Die Matrize 220 befindet sich als Ganzes in einer unteren Endstellung und kann in der Arbeitsrichtung D nicht mehr weiter verfahren werden.
Befindet sich die Matrize 220 in der gezeigten unteren Endstellung wird von der Umformpresse eine zum Presshärten erforderliche Presskraft F auf das Presshärtewerkzeug 100 aufgebracht, was durch den auf die obere Grundplatte 210 gerichteten Kraftpfeil F veranschaulicht ist. Die aufgebrachte Presskraft F führt zu einem Druckanstieg in den Gasdruckfedern 260, die beim Schließen des Presshärtewerkzeugs 100 zunächst nur zur Kraftübertragung dienten. Beim Überschreiten einer bestimmten bzw. durch Auslegung definierten Presskraft F können die Gasdruckfedern 260 einfedern, was in diesem Fall gleichbedeutend ist mit einem Nachgeben des ersten Segments 221 entgegen der aufgebrachten Presskraft F, zumindest bis dieses an das optionale Distanzelement 225 anstößt (wie in Fig. 2 gezeigt). Durch das Einfedern der Gasdruckfedern 260 können die Werkzeugteile 200 und 300 weiter zusammen gefahren werden (bzw. das obere Werkzeugteil 200 kann in der Arbeitsrichtung D weiter auf das untere Werkzeugteil 300 zugefahren werden), wobei dieses Zusammenfahren durch die wirksame Presskraft F bewerkstelligt wird.
Das weitere Zusammenfahren der Werkzeugteile 200 und 300 geht einher mit einem analogen Einfedern der Gasdruckfedern 260. Dieses Einfedern der Gasdruckfedern 260 bedingt ein kontinuierliches Nachgeben des ersten Segments 221. Dieses Nachgeben kann als ein Zurückweichen des an und für sich ortsfest verbleibenden ersten Segments 221 innerhalb des oberen Werkzeugteils 200 aufgefasst werden, bei dem sich das erste Segment 221 , wie mit dem Bewegungspfeil A veranschaulicht, quasi auf die obere Grundplatte 210 zu bewegt, obwohl sich die obere Grundplatte 210 eigentlich auf das erste Segment 221 zu bewegt. Die Gasdruckfedern 260 bewirken ferner, dass das erste Segment 221 bzw. dessen Formabschnitt 222 zu jedem Zeitpunkt des Presshärtevorgangs mit dem Stahlblechmaterial 400 in
Berührungskontakt bleibt, wobei in dem betreffenden Bereich eine bestimmte von den
Gasdruckfedern 260 erzeugte Druckkraft (die sich gegebenenfalls mit einer über das
Distanzstück 225 übertragenen Druckkraft überlagert) auf das Stahlblechmaterial 400 aufgebracht wird, was zu einem flächigen Anliegen des zu härtenden Stahlblechmaterials 400 an den Formabschnitten 222 und 322 mit einer definierten Flächenpressung führt.
Ferner kommt es aufgrund des durch Einfedern der Gasdruckfedern 260 ermöglichten weiteren Zusammenfahrens der Werkzeugteile 200 und 300 zu einer durch die Treibklötze 240 eingeleiteten Verschiebung der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 in Richtung des Stempels 320, so dass diese Segmente 223, wie mit den Bewegungspfeilen B
veranschaulicht, in den steilen Bereichen verstärkt mit einer bestimmten Druckkraft gegen das Stahlblechmaterial 400 angedrückt werden. Dies führt auch in den steilen Bereichen zu einem flächigen und insbesondere großflächigen Anliegen des zu härtenden Stahlblechmaterials 400 an den korrespondierenden Werkzeugwirkflächen bzw. an den entsprechenden
Formabschnitten 224 und 324 mit einer verhältnismäßig hohen Flächenpressung. Dies ermöglicht eine schnelle und einheitliche Abkühlung des Stahlblechmaterials 400 auch in den steilen Bereichen, wodurch in eine optimale Festigkeitserhöhung im Stahlblechmaterial 400 herbeigeführt wird. Ungeachtet dessen haben die als Schieber ausgebildeten zweiten
Segmente 223 auch eine formende (d. h. umformende oder zumindest formerhaltende) Funktion. Im Hinblick auf diese formende Funktion können auch größere
Verschiebebewegungen bzw. Schieberhübe vorgesehen sein, die über die oben angegebenen Größenordnungen im Bereich von wenigen Hunderstel bis zu mehreren Zehntel Millimetern hinausgehen, wobei dann bevorzugt auch der maximale Verfahrweg bzw. Federweg eines ersten Segments relativ zur Grundplatte mehr als 1 ,5 mm betragen kann.
Im Übrigen überlagert sich die Verschiebebewegung B der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 mit der Verfahrbewegung des oberen Werkzeugteils 200 in der Arbeitsrichtung D beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile 200 und 300. Durch entsprechende Ausgestaltung der Treiber 240 und/oder der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente 223 kann in vorteilhafter Weise eine im Wesentlichen senkrecht auf den stempelseitigen
Werkzeugwirkflächebereich 324 gerichtete Schieberbewegung erzeugt werden, was exemplarisch für das rechtsseitige zweite Segment 223 mit dem Reil C veranschaulicht ist.
Nach dem Abkühlen des Stahlblechmaterials 400, was unter Aufrechterhaltung der Presskraft F erfolgt, kann das Presshärtwerkzeug 100 durch Verfahren des oberen Werkzeugteils 200 entgegen der Arbeitsrichtung D geöffnet und das gehärtete Blechformteil entnommen werden. Bei dem gehärteten Blechformteil handelt es sich z. B. um einen Fahrzeugtunnel für eine Kraftfahrzeugkarosserie, der konstruktionsbedingt steile Bereich aufweist.
Bezugszeichenliste
100 Presshärtewerkzeug
200 oberes Werkzeugteil (Oberwerkzeug)
210 obere Grundplatte
220 Matrize
221 erstes Segment
222 Formabschnitt (erstes Segment)
223 zweites Segment / Schieber
224 Formabschnitt (zweites Segment)
225 Distanzstück
230 Kühleinrichtung, Kühlkanäle
240 Treiber
250 Gleitplatte
260 Gasdruckfeder
300 unteres Werkzeugteil (Unterwerkzeug)
310 untere Grundplatte
320 Stempel
330 Kühleinrichtung, Kühlkanäle
400 Stahlblechmaterial
A Rückweichbewegung (des ersten Segments)
B Verschiebebewegung (des zweiten Segments)
C resultierende Schieberbewegung
D Arbeitsrichtung
F Presskraft
y Winkel

Claims

Patentansprüche
Presshärtewerkzeug (100) zum Herstellen gehärteter Blechformteile aus einem Stahlblechmaterial (400), umfassend wenigstens zwei Werkzeugteile (200, 300), die in einer Arbeitsrichtung (D) relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer in Arbeitsrichtung (D) wirkenden Presskraft (F) ein erwärmtes Stahlblechmaterial (400) geformt und abgekühlt und hierbei gehärtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eines der Werkzeugteile (200, 300) segmentiert ausgebildet ist und wenigstens ein erstes Segment (221) mit einem sich quer zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt (222) und wenigstens ein zweites Segment (223) mit einem sich steil zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt (224) aufweist, wobei das erste Segment (221 ) beweglich am betreffenden Werkzeugteil (200, 300) angeordnet ist und beim Überschreiten einer bestimmten Presskraft (F) entgegen der aufgebrachten Presskraft (F) nachgeben kann, um hierdurch ein weiteres
Zusammenfahren der Werkzeugteile (200, 300) und ein damit einhergehendes verstärktes Andrücken des zweiten Segments (223) an das Stahlblechmaterial (400) zu ermöglichen.
Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugteile (200, 300) derart ausgebildet sind, dass das Stahlblechmaterial (400) vollflächig an den Werkzeugwirkflächen dieser Werkzeugteile (200, 300) anliegen kann.
3. Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Segment (221) als auch das zweite Segment (223) an einer zum betreffenden Werkzeugteil (200) gehörenden Grundplatte (210) befestigt sind, wobei das erste Segment (221 ) federnd an dieser Grundplatte (210) abgestützt ist.
4. Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Abstützung des ersten Segments (221 ) an der Grundplatte (210) durch wenigstens eine Gasdruckfeder (260) bewerkstelligt ist.
5. Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Federweg des ersten Segments (221 ) relativ zur Grundplatte (210) zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm und insbesondere in etwa 1 ,0 mm beträgt.
6. Presshärtewerkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein zweites Segment (223) als Schieber ausgebildet ist, wobei dieses als Schieber ausgebildete zweite Segment (223) beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile (200, 300) in einer Richtung (B) quer zur Arbeitsrichtung (D) verschoben wird und hierbei verstärkt gegen das Stahlblechmaterial (400) gedrückt wird.
7. Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das betreffende Werkzeugteil (200) wenigstens einen Treiber (240) zur mechanischen Betätigung des als Schieber ausgebildeten zweiten Segments (223) aufweist.
8. Presshärtewerkzeug (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schieber ausgebildete zweite Segment (223) wenigstens eine Kühleinrichtung (230) aufweist.
9. Presshärtewerkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
nur ein Werkzeugteil (200) und insbesondere nur die Matrize (220) segmentiert ausgebildet ist.
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