GEBILDES

Bei der Herstellung von Blechteilen unterschiedlicher Geometrie, beispielsweise im Automobilbau oder Anlagenbau sind dem Verformen durch mechanisches Umformen Grenzen gesetzt. Diese Grenzen werden beispielsweise durch die Werkstoffwahl, die Blechplatinendicke, oder die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks bestimmt. Insbesondere die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks können bei der Herstellung zu technischen Schwierigkeiten führen.

Aus der DE 10 2012 005 635 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um auch aus hochfesten Stählen Werkstücke herzustellen, die aufgrund der Geometrie mit herkömmlichen Verfahren nicht herzustellen wären. Hierzu weisen die Innenmatrize und die Aussenmatrize, sowie die Blechhalter jeweils unabhängige Antriebe auf, die die Matrizen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Ziehrichtung verfahren. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Matrizen wird erreicht, dass bestimmte Bereiche der Blechplatine eine bestimmten Umformung erfahren, die bei

herkömmlichen Verfahren mit gleichbleibenden Geschwindigkeiten nicht möglich sind.

Ein Nachteil des Verfahren und Vorrichtung gemäß DE 10 2012 005 635 ist, dass die lokalen Festigkeitsanforderungen eines Werkstücks nur über die Geometrie,

insbesondere die Blechdicke beeinflusst werden können.

Um Werkstücke unterschiedlicher lokaler Festigkeiten herzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Werkstücke unterschiedlicher Werkstoffarten entweder vor dem Umformen oder nach dem Umformen durch Fügeverfahren, beispielsweise Schweissen aneinanderzufügen.

Am Beispiel einer sog. B-Säule im Automobilbau kann dies verdeutlicht werden. Zur Steigerung der Sicherheit der Passagieren kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem Seitenaufprall die B-Säule an einem bestimmten Punkt, einer sog. Sollbruchstelle, versagt und ein kontrolliertes Verformen und damit eine vorbestimmte Energieaufnahme durch den Sollbruch erfolgt. Hierzu kann es sinnvoll sein, dass die B-Säule an einem

bestimmten Bereich eine höhere Härte aufweist und dadurch ein spröderes

Bruchverhalten zeigt. Zur Erlangung dieses technischen Effekts wird ein Blechelement mit bestimmten spröden Brucheigenschaften mit einem Blechelement mit zäheren

Brucheigenschaften nach dem Umformen mittels Tiefziehen aneinander

geschweißt. Durch das Fügen behalten die jeweiligen Blechelemente ihre jeweiligen Brucheigenschaften. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass zwei oder mehrere Blechelemente in einem weiteren Arbeitsschritt miteinander verbunden werden müssen. Dies ist technisch aufwendig und auch für die Logistik und die Wirtschaftlichkeit ein Nachteil.

Ein anderer Nachteil der DE 10 2012 005 635 ist, dass die Umformungen von hochfesten Stählen bei bestimmten Geometrien an seine Grenzen kommt. Zwar haben diese Stähle den Vorteil, dass sie extrem hohe Zugfestigkeiten aufweisen, und somit Stähle geringer Bauteilstärke verwendet werden können. Durch die Verwendung geringerer

Bauteilstärken kann zudem Gewicht eingespart werden. Hochfeste Stähle sind jedoch spröde und neigen zum Reißen. Dies tritt regelmäßig beim

Umformen an den hochbeanspruchten Übergangsbereichen auf. Das Reißen tritt insbesondere im Übergangsbereich zwischen den Bodenbereichen und Wandbereichen auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen ein einstückiges Werkstück hergestellt werden kann, das lokal unterschiedliche Festigkeiten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. 11 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen einer ebenen Blechplatine zu einem dreidimensionalen Gebilde mit mindestens einem Boden, einer Wand und einem

Ziehrand, weist die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile auf:

- einen ersten Stempel mit einer den Boden formenden Bodenformfläche und einer die Wand formenden Wandformfläche;

- einen, den Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes;

- eine Innenmatrize mit einer Bodenformfläche;

- eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters, wobei die ebene Blechplatine an mindestens einem lokalen Bereich auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die Umformung stattfindet.

Vorteilhafterweise liegt die Temperatur oberhalb von 100°C, jedoch unterhalb von 2000°C. Erfindungsgemäß liegt die Temperatur in der Nähe einer Temperatur, die für einen metallurgischen Umwandlungsprozess des Gefüges verantwortlich ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Temperatur bei oder unterhalb des AC3 Temperaturpunktes. Vorteilhafterweise weist die Innenmatrize und/oder der erste Stempel mindestens einen zweiten Stempel auf, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist.

Vorteilhafterweise sind die Innenmatrize und/oder Außenmatrize und/oder Stempel mit Kühleinrichtungen versehen.

Vorteilhafterweise wird das ebene Blech mittels eines vorgeschalteten Ofens, insbesondere eines Induktionsofens lokal erwärmt. Ebenso ist es möglich, die lokale Erwärmung über andere Vorrichtungen zu erzielen. Eine Erwärmung mittels Gasbrenner oder Presselemente, die eine bestimmte Temperatur aufweisen, ist ebenso möglich.

Erfindungswesentlich ist, dass bestimmte lokale Bereiche des zu verformenden Blechs eine bestimmte Temperatur vor der Verformung aufweisen müssen. Die Wahl der bestimmten Temperatur für die Erwärmung der lokalen Bereiche kann von verschiedenen Faktoren und Bedingungen abhängen. So kann es wesentlich für die Materialeigenschaften sein, das Blech auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der ein metallurgischer Umwandlungsprozess stattfindet oder gerade noch nicht stattfindet bzw. schon stattgefunden hat.

Ebenso ist es erfindungsgemäß, wenn die bestimmte Temperatur so gewählt wird, dass ein metallurgischer Umwandlungsprozess ausdrücklich vermieden wird. Dies ist regelmäßig bei einer Schwellentemperatur von 100°C zu erwarten. Stahlbleche der herkömmlichen Art, die für industrielle Anwendungen eingesetzt werden, durchlaufen keine metallurgische Umwandlung bei Temperaturen von ca. 100°C. Derartige

Stahlbleche durchlaufen eine metallurgische Umwandlung, beispielsweise von einem austenitischen Gefüge in ein martensitisches Gefüge bei einer Temperatur von ca. 830°C mit gezielter Abkühlung.

Bei bestimmten Stählen kann ein entscheidender Temperaturpunkt durch den AC3 Punkt bestimmt werden.

Bei der Verwendung von borlegierten Vergütungsstählen der Art 22MnB5, einem in der Automobilherstellung häufig verwendeten Karosserieblech, liegt die AC3 Temperatur bei ca. 850°C. Erfindungsgemäß kann die Temperatur so gewählt werden, dass lediglich die

mechanischen Eigenschaften, beispielsweise, die Duktilität oder Elastizität des

Stahlblechs verbessert werden soll bevor eine Verformung stattfindet. Hierzu eignet sich eine Temperatur zwischen 120°C und 280°C bei herkömmlichen Stählen. Durch die erfindungsgemäße lokale Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 120°C und 280°C wird die Elastizität und Duktilität wesentlich verbessert ohne jedoch in die

Gefügestruktur wesentlich einzugreifen. Ein Vorteil der lokalen Erwärmung gegenüber der vollständigen Erwärmung der

Blechplatine liegt darin, dass keine Kühleinrichtungen notwendig sind. Denn bei einer lokalen Erwärmung kann nach der Umformung die Wärmeenergie durch die kapazitive Kühlung der gesamten Umformeinrichtung abgeführt werden. Selbst bei einer lokalen Temperaturwahl die im Bereich des AC3 Punktes liegt, ist es grundsätzlich nicht notwendig, für kleinere lokale Bereiche, Kühleinrichtungen vorzusehen, um die

Temperatur nach der Umformung wieder abzuführen. Eine Kühleinrichtung kann jedoch erfindungsgemäß deswegen notwendig sein, um einen kontrollierten Abkühlprozess zu ermöglichen. Denn die metallurgische Umwandlung hängt auch von der Art der

Abkühlung, sowie die Abkühlungsgeschwindigkeit ab. Eine zusätzliche Kühleinrichtung kann daher vorteilhaft sein.

Wenn der lokale Bereich bzw. die lokalen Bereiche, der bzw. die umgeformt werden sollen und erfindungsgemäß auf eine bestimmte Temperatur aufgewärmt werden sollen, eine bestimmte Größe, d.h. Fläche übersteigt, dann kann es erfindungsgemäß ebenfalls sinnvoll sein, eine lokale Kühleinrichtung vorzusehen, um die Wärme gezielt bzw.

prozessstabil abzuführen.

Die lediglich lokale Erwärmung hat erfindungsgemäß den Vorteil, dass alle

Fördereinrichtungen und Sicherheitsmaßnahmen der kalten Umformung auch weiterhin verwendet werden können und keine weiteren speziellen Maßnahmen getroffen werden müssen. Insbesondere die Fördereinrichtungen werden durch die lediglich lokale

Begrenzung der Erwärmung nicht wesentlich beeinträchtigt. Werden für die Förderung der Blechplatinen von einer Fertigungsstation zur nächsten Fertigungsstation

Industrieroboter mit Saughaltern verwendet, die herkömmlich mit thermoplastischen

Dichtungen versehen sind, dann sind auch diese Saughalter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar. Denn der lokal erwärmte Bereich könnte von der Verwendung von Saughaltern ausgespart bleiben, und so ein Versagen der Saughalter vermieden werden. Bei einer vollständigen Erwärmung der Blechplatine ist die komfortable Verwendung von herkömmlichen Saughaltern indes nicht möglich. Bei der lokalen Erwärmung ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, den lokalen Bereich des zu verformenden Bleches durch die zur Verfügung stehenden Mittel so zu erwärmen, dass sowohl die Verformbarkeit als auch die Materialeigenschaften im Sinne der späteren Verwendung des Werkstücks erfolgt.

Ist es beispielsweise beabsichtigt, ein topfförmiges Federgehäuse herzustellen, dann ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, den lokalen Bereich des Bleches, aus dem das

Federgehäuse tiefgezogen werden soll auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise ca. 850°C zu erwärmen. Durch die erwähnte Induktionstechnik ist das lokale Erwärmen eines Stahlbleches von bis zu 4,0 mm Stärke ein sehr effektiver und schneller Vorgang, der nur wenige Sekunden dauert. Bedingt durch die lokale Erwärmung entsteht jedoch zu den unmittelbar angrenzenden Bereichen der Blechplatine ein sehr starkes

Temperarturgefälle von mehreren Hundert Kelvin. Diese Temperaturdifferenz könnte zu unerwünschten Schrumpfungen und Spannungen und folglich zu Verformungen, beispielsweise Auffaltungen oder Wellen führen, die die spätere Oberfläche- und

Qualitätsgüte nachteilig beeinflussen.

Dieser Nachteil kann erfindungsgemäß dadurch überwunden werden, dass die lokale Erwärmung so bemessen wird, dass es mindestens eine weitere Temperaturzone um den eigentlichen Verformungsbereich gibt. Die mindestens eine weitere Temperaturzone kann ausdrücklich eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte oder eine sechste Temperaturzone umfassen.

Wenn erfindungsgemäß der Verformungsbereich auf eine Temperatur Ti erwärmt wird, beispielsweise AC3 Temperatur von ca. 850°C, dann wird erfindungsgemäß eine zweite

Temperaturzone, beispielsweise ringförmig um den Verformungsbereich gelegt. Die Temperatur T ₂ der zweiten Temperaturzone kann erfindungsgemäß zwischen 50% und 80% der Temperatur Ti liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wäre Ti=830°C; 415°C < T ₂ < 664°C.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann es sinnvoll sein, eine weitere, dritte Temperaturzone mit einer Temperatur T3 vorzusehen, deren Temperatur zwischen 20% und 50% der Temperatur Ti liegt. Bei dieser Ausführungsvarianten wären die Temperaturverläufe Ti=830°C; 415°C < T ₂ < 664°C; 166°C < T ₃ < 415°C. Ebenso sind erfindungsgemäß andere Temperaturverläufe möglich. Insbesondere bei der

Verwendung der Induktionserwärmung ist eine präzise lokale Erwärmung möglich.

Erfindungsgemäß kann anstatt einer ebenen Blechplatine auch ein vorgeformtes dreidimensionales Gebilde in der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgeformt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die

erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes zu einem Werkstück mit einem Boden, einer Wand und einem Ziehrand, die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile auf:

einen ersten Stempel mit einer den Boden formenden bzw. weiterformenden

Bodenformfläche und einer die Wand formenden bzw. weiterformenden

Wandformfläche;

einen, den ersten Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes; eine Innenmatrize mit einer Bodenformfläche; eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters, wobei die Innenmatrize und/oder der ersten Stempel mindestens einen zweiten Stempel aufweisen, dem ein eigener Antrieb zugeordnet ist und das dreidimensionale Gebilde in mindestens einem lokalen Bereich auf eine Temperatur oberhalb 100°C erwärmt wird, bevor die weitere Umformung stattfindet.

Durch den erfindungsgemäßen mindestens zweiten Stempel wird erreicht, dass gerade bei geometriekritischen Verformungen, die unter herkömmlichen Bedingungen zu einem Reißen der Blechhaut führen würde, der mindestens zweite Stempel eine weitere Verformung möglich macht, insbesondere, wenn der Bereich des Bleches, der verformt werden soll durch eine lokale Erwärmung kurzeitig neue Materialeigenschaften erhält. Bei einer Erwärmung in einen Temperaturbereich in dem eine metallurgische Umwandlung stattfindet, können mittels des mindestens zweiten Stempels

Umformungen des Bleches erzielt werden, die mit nur einem Stempel entweder nicht möglich wären oder zu Komplikationen bei der Umformung bzw. der

Umformgeschwindigkeit führen würden.

Die mindestens zwei Stempel können ausdrücklich, drei, vier, fünf, sechs oder sieben Stempel umfassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Werkstück hergestellt, das in drei Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften unterteilt werden kann. In einem ersten Bereich wird ein metallurgisches Gefüge, beispielsweise Martensit gewünscht, um eine bestimmte Bruchdehnung zu erzielen. In einem zweiten Bereich wird ein metallurgisches Gefüge, beispielsweise Ferrit-Perlit gewünscht, um eine bestimmte, andere

Bruchdehnung zu erzielen, und in einem dritten Bereich wird ebenfalls das

metallurgische Gefüge Martensit gewünscht.

Ausgangsmaterial für das einstückige Werkstück ist eine Blechplatine aus borlegiertem Vergütungsstahl, beispielsweise 22MnB5. Erfindungsgemäß wird der Blechbereich, der den ersten Bereich des Werkstückes bilden wird in einem Erwärmvorrichtung, beispielsweise einem Induktionsofen auf eine Temperatur von ca. 850°C erhitzt. Der Blechbereich, der den zweiten Bereich des Werkstückes bilden wird, wird nicht erwärmt, und der dritte Bereich des Werkstückes wird ebenfalls auf eine Temperatur von ca. 850°C erhitzt.

Da der zweite Bereich keine erhöhte Arbeitstemperatur aufweist, eignet sich dieser Bereich für die Fördertechnik, beispielsweise mittels Saughaltern.

Nach dem Erwärmen der Blechplatine, bzw. des ersten und dritten Bereichs auf eine Temperatur von ca. 850°C liegt ein austenitisches Gefüge im ersten und dritten Bereich vor und die Umformung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann erfolgen. Im zweiten Bereich liegt immer noch das ursprüngliche Gefüge, beispielsweise Ferrit-Perlit vor. In den Grenzbereichen wird durch die unterschiedlichen Temperaturen ein

Mischgefüge vorliegen. Unmittelbar nach dem Schliessen des Werkzeugs setzt auch die Abkühlung des Werkstücks ein. Die Abkühlung und somit die Umwandlungsgeschwindigkeit des metallurgischen Gefüges im ersten und dritten Bereich wird über eine Kühleinrichtungen gesteuert, die in dem Werkzeug, beispielsweise der inneren oder äußeren Matrize oder dem Stempel angeordnet ist. Als Kühleinrichtungen eignen sich Rohre, in denen Kühlmittel fließt. Ein mögliches

Kühlmittel kann Wasser oder Öl sein. Sowohl die Dimensionierung der

Kühlmittelfördereinrichtungen als auch die Fließgeschwindigkeit beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit, die für die Umwandlungsgeschwindigkeit und metallurgische Umwandlungsgüte verantwortlich ist.

Nach der Umformung und Abkühlung wird das Werkzeug geöffnet und das umgeformte Werkstück entnommen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zusätzliche Stempel in den inneren und/oder äußeren Matrizen angeordnet, die getrennt von einander angesteuert werden können und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten,

Umformungen vornehmen können.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die

Außenmatrize auch Teile der Bodenumformfläche (siehe Figuren 1 bis 4). Es ist auch möglich, dass sie Außenmatrize auch die gesamte (Negativ-) Form des Bauteils umfasst, unterbrochen durch etwaige Aussparungen für die innere(n) Matrize(n). Ebenso ist es erfindungsgemäß denkbar, dass Kühleinrichtungen in der Außenmatrize angeordnet sind, die ein prozessstabiles Abkühlen des Werkstücks ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umformen einer ebenen Blechplatine oder eines vorgeformten dreidimensionalen Gebildes, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen Stempel mit einer einen Boden formenden

Bodenformfläche und einer die Wand formenden Wandformfläche; einen den Stempel umgebenden Blechhalter mit einer Stützfläche zum Auflegen des Ziehrandes; eine

Innenmatrize mit einer Bodenformfläche; eine Außenmatrize mit einer Wandformfläche und einer Einspannfläche zum Erfassen des Ziehrandes und zu dessen Anpressen gegen die Stützfläche des Blechhalters; mit den folgenden Schritten: in die geöffnete

Ziehvorrichtung wird eine ebene Blechplatine oder ein vorgeformtes dreidimensionales Gebilde in die Ziehvorrichtung eingelegt; während einer ersten Umformungsphase werden die Innenmatrize und die Außenmatrize sowie der Blechhalter zusammen mit der eingespannten Platine beziehungsweise mit dem eingespannten vorgeformten Werkstück in Ziehrichtung bewegt; wobei die Blechplatine bzw. das vorgeformte dreidimensionale Gebilde in mindestens einem lokalen Bereich des Stempels und/oder der inneren und/oder äußeren Matrize eine Temperatur oberhalb von 100°C oder 200°C oder 300°C oder 400°C oder 500°C oder 600°C oder 700°C oder 800°C aufweist.

Vorteilhafterweise sind die Bewegungsgeschwindigkeiten der Innenmatrize einerseits sowie der Außenmatrize mit Blechhalter wenigstens während einer gewissen Zeitspanne des Ziehvorganges ungleich groß.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines ersten Zustands;

Figur 2: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines zweiten Zustands;

Figur 3: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks während eines dritten Zustands;

Figur 4: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mit Kühleinrichtungen; Figur 5: eine schematische Draufsicht auf eine Blechplatine mit Verformungsbereich und erfindungsgemäßen Temperaturlinien;

Figur 6: eine schematische Draufsicht auf eine Blechplatine mit Verformungsbereich und erfindungsgemäßen Temperaturbereichen.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines ersten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) in einer Kaltumformpresse eingespannt worden ist. Das Werkstück 10 ist über den Blechhalter 6 und die Stützflächen 3 fest und definiert in der Kaltumformpresse positioniert. Die äußere Matrix 7 weist eine innere Matrix 5 auf, an der eine Bodenformfläche 4 angeordnet ist. Die Bodenformfläche 4 und die Wandformflächen 2 am Stempel 1 sind in gewisser Weise sich ergänzende Formen, die auf den beiden Seiten der Blechplatine bzw. des Werkstücks 10 die Umformungen vornehmen. Das im seitlichen Schnitt schematisch dargestellte Werkstück 10 weist eine Vorverformung auf, die als Ausbuchtung dargestellt ist. In dieser Ausbuchtung des Werkstücks 10 ist ein lokaler Bereich angeordnet, der für die weitere Verformung erwärmt bzw. so stark erhitzt wird, dass eine metallurgische Umwandlung stattfindet (siehe Figur 5). Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines zweiten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) in einer Kaltumformpresse eingespannt worden ist. Gegenüber dem ersten Zustand gemäß Figur 1 ist die Vorrichtung gemäß Figur 2 insofern etwas geschlossener als die äußere Matrize 7 zusammen mit dem Blechhalter 6 und der inneren Matrize 5 sich in Richtung Stempel 1 bewegt hat. Über die Oberluftbolzen 8 ist die innere Matrize 5 beweglich in der äußeren Matrize 7 gelagert und in der Lage, eine separate Bewegung, unabhängig von der äußeren Matrize 7 durchzuführen. Die Ausbuchtung im Werkstück 10 mit der lokalen Erwärmung erfährt in diesem zweiten Zustand noch keine weitere Verformung.

Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 während eines dritten Zustands, nachdem das Werkstück 10 (hier ein bereits vorgeformtes Werkstück 10) vollständig verformt worden ist. Die Ausbuchtung im Werkstück 10, die als Materialreservoir für die Formgebung des Werkstücks diente, ist vollständig aufgebraucht. Das Materialreservoir führte dazu, dass ein Reißen an den Rändern vermieden worden ist. Ein Reißen kommt regelmäßig dann vor, wenn die Zugkräfte im verformenden Werkstück zu groß werden und ein "Nachfließen" des Werkstoffs nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wurde der Bereich der Ausbuchtung des Werkstück 10 vor dem Bestücken der

Kaltumformvorrichtung lokal erwärmt bzw. erhitzt, wobei die Temperatur der

Ausbuchtung von der Art der weiteren Verwendung des Werkstücks 10 abhängt.

Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass ein lokaler Bereich des Werkstücks 10 auf eine Temperatur von mindestens 100°C erwärmt wird. Abhängig von den

Materialeigenschaften des Werkstücks 10 und des Grades der Verformung und des Wunsches nach Änderung der Materialeigenschaften, beispielsweise höhere lokale Festigkeitswerte, kann die Aufwärmtemperatur gewählt werden.

Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung der Figuren 1 bis 3 jedoch mit

Kühleinrichtungen 11 in der inneren Matrize 5 und Kühleinrichtungen 12 in dem Stempel 1. Durch die Verwendung von Kühleinrichtungen 11 bzw. 12 wird das Abkühlen des verformten Werkstücks 10 prozessstabil gewährleistet. Da das Ausbilden eines metallurgischen Gefüges insbesondere von der Art und Geschwindigkeit des Abkühlens abhängt, sind Kühleinrichtungen 11 bzw. 12 immer dann von erfinderischer Bedeutung, wenn die Aufwärmtemperatur so hoch ist, dass eine metallurgische Gefügeumwandlung zu erwarten ist bzw. angestrebt wird. Die Dimensionierung der Kühleinrichtungen 11 bzw. 12, sowie die Art der Kühlmittelflüssigkeit bestimmt ebenfalls die Kühlleistung. Als Kühlmittel eignet sich Wasser oder Öle, die eine hohe Wärmeleistung aufnehmen können. Die Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) können gleichermaßen in der äußeren Matrize 7 oder dem Blechhalter 6 angeordnet sein, sofern die erfindungsgemäßen Umformungen dort vorgenommen werden.

Figur 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Werkstück 10 mit einem zu verformenden Bereich 10a. Um den Bereich 10a herum sind Temperaturlinien Ti, T ₂ und T3 in gestrichelter Linienführung gezeigt. Diese Temperaturlinien sind als Iso-Temperaturlinien zu verstehen, d.h. Temperaturlinien mit gleichen Temperaturen. Erfindungsgemäß wird der Bereich innerhalb der Temperaturlinie Ti auf eine Temperatur aufgewärmt oder erhitzt, die für die Verformung des Bereichs 10a wünschenswert bzw. notwendig ist. Wird erfindungsgemäß eine gute Verformbarkeit gewünscht unter Vermeidung eines

Reißens des Werkstücks 10, insbesondere an den Rändern des Bereichs 10a, ist eine Temperatur Ti von ca. 100°C bis 300°C sinnvoll. Eine weitere Temperaturzone bzw. Temperaturzonen sind bei dieser Vorgabe nicht notwendig. Ebenso ist eine

Kühleinrichtung nicht notwendig.

Wird erfindungsgemäß eine lokale Festigkeit oder lokale Materialeigenschaft gewünscht, die über eine metallurgische Gefügeumwandlung zu erzielen ist, ist es erfindungsgemäß sinnvoll, eine Temperatur Ti von ca. 800°C bis 1000°C zu wählen. Aufgrund der hohen lokalen Temperatur von Ti ist es sinnvoll, weitere Temperaturbereiche T ₂ und T3 vorzusehen, die ein stufenweises Anpassen der Temperaturzonen bis zur

Arbeitstemperatur des restlichen Werkstücks 10 ermöglichen. Die Abstufung der Temperaturen T ₂ und T ₃ kann variabel erfolgen. Eine mögliche Abstufung könnte sein, dass T ₂ einer Temperatur von 80% bis 50% von Ti entspricht; und T3 einer Temperatur von 50% bis 20% von T ₂ .

Figur 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Werkstück 10 aus dem ein dreidimensionales Objekt 10b geformt werden soll. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Objekt 10b eine B-Säule für den

Kraftfahrzeugbau. Wie eingangs anhand des Standes der Technik geläutert, ist es für die Funktion einer B-Säule wünschenswert, wenn bestimmte Bereich der B-Säule im Falle eines Frontal- oder Seitenaufpralls ein bestimmtes Verhalten, ein sog. Crash-Verhalten zeigen. Dabei ist es wünschenswert, wenn bestimmte Zonen der B-Säule eine bestimmte Härte und Bruchfestigkeit haben und andere Zonen eine andere Härte und

Bruchfestigkeit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Objekt 10b vor der Umformung in einem Bereich A auf eine Temperatur Ti erhitzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies in einem Induktionsofen, der örtlich der Kaltumformpresse vorgelagert ist. Wenn der Bereich A aufgrund seiner Funktion einen größere Härte und Bruchfestigkeit aufweisen soll, dann wäre es vorteilhaft, den Bereich A einer metallurgischen Gefügeumwandlung zu unterziehen, beispielsweise mit dem Ziel, dass der Bereich A ein martensitisches Gefüge aufweist. Der Bereich B hat beispielsweise die Funktion im Crash-Verhalten nicht zu brechen, sondern sich duktil zu verformen. Der Bereich B sollte daher kein

martensitisches Gefüge aufweisen, sondern gegebenenfalls aus Ferrit-Perlit bestehen. Um dieses Gefüge, das dem Anlieferungszustand vor der Erwärmung entspricht, beizubehalten, ist es wesentlich, dass der Bereich B nicht über eine Temperatur von 800°C bei einem borlegiertem Vergütungsstahl (z.B. 22MnB5) erwärmt wird. Der Bereich

C sollte die gleichen Materialeigenschaften wie der Bereich A aufweisen. Daher ist auch dieser Bereich auf eine Temperatur T3 vor der Umformung zu erhitzen.

Im Anschluss an die lokale Erwärmung in den Bereichen A und C wird die Umformung vorgenommen und abgeschlossen. Mit der Umformung aller Bereiche A, B und C und anschließender Abkühlung wird die einstückige Blechplatine 10 in eine einstückige B-

Säule umgeformt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der besonders kritische Übergangsbereich zwischen Bereich A und B in drei Temperaturzonen VTi, VT ₂ und VT3 unterteilt und so zonenweise erhitzt. Durch das stufenweise Erhitzen bildet sich ein Temperaturbild aus, wonach T ₂ < VT3 < VT ₂ < VTi < Ti. Bei einer Arbeitstemperatur von T ₂ = ca. 60°- 80°C und einer Wandlungstemperatur Ti = ca. 830°C könnten die Übergangstemperaturen VTi = 250°C, VT ₂ = 500°C und VT ₃ = 700°C sein. Durch diese erfindungsgemäße Abstufung der Temperatur ist es möglich, einen fließenden

Gefügeübergang zwischen dem Bereich B und A zu erzeugen. Dieser fließende

Gefügeübergang hätte den Vorteil, dass ein gradueller Anstieg der Bruchfestigkeit entlang des Temperaturgradienten zu verzeichnen ist.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, einen abrupten Temperaturübergang vorzusehen. Dies wird in Figur 6 zwischen dem Bereich B und C durch die

Temperaturlinie VT ₄ angegeben. Bei einem abrupten Übergang der Temperatur und damit auch einem abrupten Übergang des Gefüges würde die Temperaturlinie VT ₄ späteren Sollbruchlinie gleichkommen.

Die für die Ausbildung des Gefüges Martensit notwendige Abkühlung im Bereich A und C kann über entsprechende Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) in der äußeren oder inneren Matrize (nicht dargestellt) erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Stempel

2 Wandformfläche

3 Stützfläche

4 Bodenformfläche

5 Innere Matrize (Innenmatrize)

6 Blechhalter

7 Äußere Matrize (Außenmatrize) 10 Werkstück (Blechplatine)

10 a, b Objekt, lokaler Bereich

11, 12 Kühleinrichtung