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DE102007003745A1 - Apparatus for producing press-hardened sheet-metal components - Google Patents

Apparatus for producing press-hardened sheet-metal components Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausführung eines Werkzeuges zur Herstellung von pressgehärteten Blechbauteilen durch Umformung einer erwärmten Platine entsprechend bekannter Verfahren der Press-Härtung. Hierzu wird entsprechend der Technik eine Blechplatine auf eine Umformtemperatur erwärmt, in das Werkzeug eingelegt und umgeformt. Die Abkühlung der umgeformten Werkstücke erfolgt mittels einer Kühlung, die sich in einer Trennfläche zwischen Trägerplatten und den Aktivteilen befinden.The present invention relates to the implementation of a tool for the production of press-hardened sheet-metal components by forming a heated blank according to known methods of press-hardening. For this purpose, according to the art, a sheet metal blanket is heated to a forming temperature, inserted into the tool and reshaped. The cooling of the formed workpieces by means of a cooling, which are located in a separation surface between the carrier plates and the active parts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile.The The invention relates to a forming tool for producing press-hardened Sheet metal parts.

Stand der TechnikState of the art

Das Verfahren des Presshärtens wird in der Praxis eingesetzt um aus Mangan-Bor-Stahlblechen Bauteile zu erzeugen, welche einen annähernd gleichmäßigen Härtegrad von bis zu 1500 Mpa aufweisen. Die Platinen bzw. vorgeformten Bauteile werden dabei in einem Ofen bei Temperaturen von 900°–950°C austenitisiert und in das Umformwerkzeug eingelegt. Es erfolgt die Umformung und Zuhaltung des Werkzeuges unter Druck. Dabei findet eine gezielte Abkühlung und Vergütung des Materials durch eine Martensitumwandlung statt. Die erforderliche Kühlung von Matrize und Stempel, den so genannten Aktivteilen erfolgt üblicherweise durch ein Kühlmittel, in der Regel Wasser, welches durch ein Bohrungs-Kanalsystem im Inneren der Aktivteile geführt wird. Dieses Bohrungs-Kanalsystem ist fertigungstechnisch sehr aufwändig und somit kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil dieser Kühlungslösung besteht darin, dass durch fertigungstechnische Grenzen eine exakte, gleichmäßige Kühlung oft nicht möglich ist.The Method of press hardening is used in practice to produce from manganese-boron steel sheets components which a almost uniform degree of hardness of up to 1500 Mpa. The boards or preformed components are doing in an oven at temperatures of 900 ° -950 ° C. Austenitized and inserted into the forming tool. It takes place Forming and locking of the tool under pressure. It finds a targeted cooling and remuneration of the material by a martensite transformation takes place. The required cooling Of die and stamp, the so-called active parts usually takes place by a coolant, usually water, which passes through a bore channel system led inside the active parts becomes. This bore channel system is very expensive to produce and thus costly. Another disadvantage of this cooling solution exists in that by manufacturing limits an exact, even Cooling is often not possible.

Die DE 103 41 867 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils, bei der die Kühlanordnungen sich im Inneren der Aktivteile, äquidistant zur Werkzeugoberfläche, befinden. Dadurch soll eine gleichmäßige Abkühlung realisiert werden. Die fertigungstechnische Umsetzung der Kühlanordnungen im Inneren der Aktivteile wird nicht offenbart und erscheint problematisch.The DE 103 41 867 A1 discloses a device for producing a hardened sheet metal profile, in which the cooling arrangements are located inside the active parts, equidistant from the tool surface. This should be realized a uniform cooling. The technical implementation of the cooling arrangements inside the active parts is not disclosed and appears problematic.

Aufgabe und Vorteil der ErfindungTask and advantage of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Werkzeugkühlung eines Warmumformwerkzeugs fertigungstechnisch zu vereinfachen bei gleichzeitiger Wirkungsverbesserung und verbesserter Regelbarkeit. Durch diese fertigungstechnische Vereinfachung soll gleichzeitig eine deutliche Kostenreduzierung erreicht werden.Of the Invention is the object of the tool cooling a hot forming tool to simplify manufacturing technology simultaneous improvement of effects and improved controllability. Through this manufacturing simplification should simultaneously a significant cost reduction can be achieved.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges angegeben.The Task is based on a tool according to the preamble of Claim 1 solved by the characterizing features of claim 1. In the subclaims are advantageous and expedient Further developments of the tool according to the invention specified.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Kühlmittelzuführung und Kühlmitteldurchleitung über eine Trägerplatte auszuführen. Auf dieser Platte oder mehreren aneinander gereihten Einzelplatten sind die formgebenden Aktivteile aufgesetzt und mit einer wärmebeständigen Dichtung zur Trägerplatte abgedichtet. Die Kühlkanäle befinden sich entlang der Trennflächen zwischen den Trägerplatten und den Aktivteilen. Vorzugsweise bestehen die Trägerplatten aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isoliermaterial. Entsprechend der erforderlichen Kühlleistung können zusätzlich in die Aktivteile offene Kühlkanäle durch mechanische Bearbeitung eingebracht werden. Die Lage der Kühlkanäle entlang der Trennfläche erlaubt auch ein nachträgliches Hinzufügen von Kühlkanälen, sowohl in den Trägerplatten, als auch in den Aktivteilen.Of the Invention is based on the idea of the coolant supply and coolant passage through a carrier plate perform. On this plate or several together lined individual plates are placed on the forming active parts and sealed with a heat-resistant seal to the carrier plate. The cooling channels are located along the separating surfaces between the carrier plates and the active parts. Preferably the carrier plates are made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material. According to the required cooling capacity can additionally open cooling channels in the active parts be introduced by mechanical processing. The location of the cooling channels along the dividing surface also allows a subsequent Adding cooling channels, both in the carrier plates, as well as in the active parts.

Die geometrische Form der Trägerplatten und der Aktivteile kann optional so gestaltet werden, dass die Trennfläche der Werkzeugoberfläche bzw. der Werkstückendform entspricht und sich in einem definierten Abstand zu dieser befindet. Ist dies fertigungstechnisch zu aufwendig, kann die Trennfläche zwischen Trägerplatte und Aktivteil der Werkzeugfläche in ihrer geometrischen Ausprägung zumindest angenähert werden. Bei komplexen Bauteilgeometrien ist es möglich die Trägerplatte entsprechend den Aktivteilen in unterschiedliche und voneinander unabhängige Kühlkreislaufzonen zu unterteilen. Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser eingesetzt, aber auch alle anderen, im Stand der Technik bekannten Kühlmedien sind denkbar, wie z. B. flüssiger Stickstoff oder Gase. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Querschnitte der Kühlkanäle sich entlang der Kühlstrecke verändern. Somit werden Bereiche unterschiedlicher Kühlung und somit unterschiedlicher Härtegrade am pressgehärteten Werkstück erreicht.The geometric shape of the support plates and the active parts can optionally be designed so that the interface the tool surface or the workpiece end shape corresponds and is at a defined distance to this. If this manufacturing technology too expensive, the interface between Support plate and active part of the tool surface at least approximated in their geometric form become. For complex component geometries, it is possible the carrier plate according to the active parts in different and independent cooling circuit zones to divide. The cooling medium is preferably water used, but also all others, known in the art Cooling media are conceivable, such as. As liquid nitrogen or gases. In a further advantageous embodiment of the invention can the cross sections of the cooling channels to change along the cooling route. Consequently become areas of different cooling and thus different Hardness on the press-hardened workpiece reached.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispielen: Further Details and advantages of the invention will become apparent from, based the drawings, illustrated embodiments:

Es zeigen:It demonstrate:

1 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer ersten Ausführungsvariante. 1 Tool room of a forming press with the tool according to the invention in a first embodiment.

2 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer zweiten Ausführungsvariante. 2 Tool room of a forming press with the tool according to the invention in a second embodiment.

3 Werkzeug, in einer dritten Ausführungsvariante. 3 Tool, in a third embodiment.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt einen Werkzeugraum 2 einer Umformpresse 1 in einer vereinfachten Darstellung. Zu sehen ist der Stößel 3, welcher mit der Kopfplatte 4 fest verbunden ist, sowie ein Schiebetisch 5, welcher mit der Grundplatte 6 fest verbunden ist. In der dargestellten Position befindet sich der Stößel 3 in seinem unteren Umkehrpunkt. Beim Presshärten verharrt der Stößel 3 in dieser Position um das umgeformte Werkstück 7 unter Druck abzukühlen und damit zu härten. Die Wärme wird dabei zunächst in den Stempel 8 und die Matrize 9 eingetragen. Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug 10 erfolgt die Kühlung mittels Kühlkanälen 11, welche sich in den Trägerplatten 12 befinden. Die Trägerplatten 12 sind mit dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9 fest verbunden und werden mittels der Dichtung 14 gegeneinander abgedichtet. Auf der Darstellung in 1 wird deutlich, dass die Kühlkanäle 11 von der Trennebene 13 ausgehend in die Trägerplatten 12 eingearbeitet sind. In dieser Ausführungsform sind also mechanische Bearbeitungen im Stempel 8 beziehungsweise in der Matrize 9 zum Zwecke einer Werkzeugkühlung nicht erforderlich. Die Trägerplatten 12 bestehen vorzugsweise aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isolierwerkstoff. Die Einarbeitung der Kühlkanäle 11 in diesen Isolierwerkstoff ist im Vergleich zu den Bohrungs-Kanalsystemen in den Aktivteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, deutlich einfacher und kostengünstiger. Ein starker Wärmeintrag über die Grundplatte 6, beziehungsweise über die Kopfplatte 4 in die Presse 1 wird mittels der Trägerplatten 12 verhindert. Die Wärme aus dem warmumgeformten Werkstück 7 wird im Wesentlichen nur durch das Kühlmedium, welches die Kühlkanäle 11 durchströmt, abgeführt. Die Anordnung und die Querschnittsform der Kühlkanäle 11 sind individuell an die Geometrie des Werkstückes 10 und an thermische Vorgaben bezüglich des Abkühlverlaufes anpassbar. Beispielsweise kann die Abkühlung mittels mehrerer voneinander unabhängiger Kühlkreisläufe erfolgen. Dadurch können Bereiche verschiedener Härtegrade an einem Werkstück erzielt werden. 1 shows a tool room 2 a forming press 1 in a simplified representation. You can see the pestle 3 , which with the top plate 4 firmly connected, as well as a sliding table 5 , which with the base plate 6 is firmly connected. In the position shown is the plunger 3 in its lower turning point. During press hardening the ram remains 3 in this position around the formed workpiece 7 to cool under pressure and harden. The heat is first in the stamp 8th and the matrix 9 entered. In the tool according to the invention 10 cooling takes place by means of cooling channels 11 , which are in the carrier plates 12 are located. The carrier plates 12 are with the stamp 8th or the die 9 firmly connected and become by means of the seal 14 sealed against each other. On the presentation in 1 it becomes clear that the cooling channels 11 from the dividing plane 13 starting in the carrier plates 12 are incorporated. In this embodiment, so mechanical processing in the stamp 8th or in the matrix 9 Not required for tool cooling. The carrier plates 12 are preferably made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material. The incorporation of the cooling channels 11 In this insulating material is in comparison to the bore channel systems in the active parts, as they are known from the prior art, much easier and cheaper. A strong heat input over the base plate 6 , or over the top plate 4 in the press 1 is by means of the carrier plates 12 prevented. The heat from the hot formed workpiece 7 is essentially only by the cooling medium, which the cooling channels 11 flows through, dissipated. The arrangement and cross-sectional shape of the cooling channels 11 are individual to the geometry of the workpiece 10 and adaptable to thermal specifications regarding the cooling process. For example, the cooling can be done by means of several independent cooling circuits. As a result, areas of different degrees of hardness can be achieved on a workpiece.

2 zeigt eine weitere Variante der Werkzeugkühlung. Auch hier befinden sich die Kühlkanäle 11 in der Trennebene 13 zwischen den Trägerplatten 12 und dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Lösung befinden sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12 und teilweise in dem Stempel 8 und der Matrize 9. Diese Ausführung wird beispielsweise dann gewählt, wenn eine hohe Kühlleistung erforderlich ist. 2 shows another variant of the tool cooling. Again, there are the cooling channels 11 in the parting plane 13 between the carrier plates 12 and the stamp 8th or the die 9 , Unlike the in 1 The solution shown are the cooling channels 11 partly in the carrier plates 12 and partly in the stamp 8th and the matrix 9 , This design is chosen, for example, when a high cooling capacity is required.

Werden sehr hohe Anforderungen an den Temperaturverlauf bei der Abkühlung gestellt, so bietet die Ausführung, wie sie in 3 dargestellt ist Vorteile. In dieser Ausführungsvariante wird die Trennfläche 13 der Außenkontur des Stempels 8, beziehungsweise der Endkontur des umgeformten Werkstücks 7 angenähert. Die Kühlkanäle 11 verlaufen wiederum in der Trennfläche 13. Dadurch wird eine gleichmäßige Abkühlung des umgeformten Werkstückes 7 gewährleistet. Die hier dargestellte Ausführungsform der Kühlung zwischen Trägerplatte 12 und Stempel 8 lässt sich ebenfalls zwischen Trägerplatte 12 und der Matrize 9 realisieren. In dieser Ausführungsvariante ist es ebenfalls denkbar, dass analog der in 2 dargestellten Lösung, sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12, und teilweise im Stempel 8 und in der Matrize 9 befinden.If very high demands are placed on the temperature during cooling, the design offers, as they are in 3 shown is benefits. In this embodiment, the separation surface 13 the outer contour of the punch 8th , or the final contour of the formed workpiece 7 approximated. The cooling channels 11 again run in the interface 13 , This results in a uniform cooling of the formed workpiece 7 guaranteed. The embodiment of the cooling between carrier plate shown here 12 and stamp 8th can also be between carrier plate 12 and the matrix 9 realize. In this embodiment, it is also conceivable that analogous to in 2 shown solution, the cooling channels 11 partly in the carrier plates 12 , and partly in the stamp 8th and in the matrix 9 are located.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1.The Invention is not limited to the described and illustrated embodiments limited. It also includes all expert Embodiments within the scope of valid claim 1.

Beispielsweise bietet das erfindungsgemäße Werkzeug die Möglichkeit die Trägerplatte 12 auszutauschen. Die Aktivteile können dabei im Werkzeug verbleiben.For example, the tool according to the invention offers the possibility of the carrier plate 12 exchange. The active parts can remain in the tool.

11
Umformpresseforming press
22
Werkzeugraumtool room
33
Stößeltappet
44
Kopfplatteheadstock
55
Schiebetischsliding table
66
Grundplattebaseplate
77
Werkstückworkpiece
88th
Stempelstamp
99
Matrizedie
1010
WerkzeugTool
1111
Kühlkanälecooling channels
1212
Trägerplattencarrier plates
1313
Trennebene/TrennflächeParting line / interface
1414
Dichtungpoetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10341867 A1 [0003] - DE 10341867 A1 [0003]

Claims (14)

Werkzeug zur Presshärtung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kühlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) mittels Kühlkanälen (11) erfolgt, welche entlang einer Trennfläche (13) zwischen einem Stempel (8) und/oder einer Matrize (9) und daran angrenzenden Trägerplatten (12) angeordnet sind.A tool for press-hardening sheet-metal components, wherein cooling means are provided inside the tool for cooling the deformed sheet, characterized in that the cooling of the punch ( 8th ) and / or the die ( 9 ) by means of cooling channels ( 11 ), which along a separation surface ( 13 ) between a stamp ( 8th ) and / or a die ( 9 ) and adjoining support plates ( 12 ) are arranged. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) als offene Kanäle ausgeführt sind, welche ausschließlich in die an den Stempel (8) bzw. an die Matrize (9) angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.Tool according to claim 1, characterized in that the cooling channels ( 11 ) are designed as open channels, which exclusively in the on the stamp ( 8th ) or to the die ( 9 ) adjacent support plates ( 12 ) are incorporated. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kühlkanäle (11) teilweise in den Stempel (8) und/oder die Matrize (9) und teilweise in die angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.Tool according to claim 1, characterized in that the cross sections of the cooling channels ( 11 ) partly in the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) and partly in the adjacent carrier plates ( 12 ) are incorporated. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) aus einem Isolierwerkstoff bestehen.Tool according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the carrier plates ( 12 ) consist of an insulating material. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (12) aus einem druckfesten Duroplastmaterial bestehen.Tool according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the carrier plate ( 12 ) consist of a pressure-resistant thermoset material. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mittels voneinander unabhängigen Kühlkreislaufzonen erfolgt.Tool according to one or more of the claims 1 to 5, characterized in that the cooling means independent cooling circuit zones takes place. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kühlkanäle (11) innerhalb eines Kühlkreises variabel sind.Tool according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the cross sections of the cooling channels ( 11 ) are variable within a cooling circuit. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) in ihrer Form der Endkontur des Werkstückes (7) und der Oberfläche des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) anpassbar sind.Tool according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the carrier plates ( 12 ) in shape of the final contour of the workpiece ( 7 ) and the surface of the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) are customizable. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) mehrteilig ausführbar sind.Tool according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the carrier plates ( 12 ) are executable in several parts. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) je nach Anforderungen an Kühlverläufe oder Härtegrade des Werkstücks (7) austauschbar sind, wobei der Stempel (8) und/oder die Matrize (9) unverändert bleiben.Tool according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the carrier plates ( 12 ) depending on the requirements of cooling processes or hardness of the workpiece ( 7 ) are replaceable, the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) remain unchanged. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser einsetzbar ist.Tool according to one or more of the claims 1 to 10, characterized in that as the coolant water can be used. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel flüssiger Stickstoff einsetzbar ist.Tool according to one or more of the claims 1 to 10, characterized in that as a coolant liquid Nitrogen is used. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Gase einsetzbar sind.Tool according to one or more of the claims 1 to 10, characterized in that as the coolant gases can be used. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (12) bzw. die Matrize (9) abgedichtet wird.Tool according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the carrier plate ( 12 ) or die ( 9 ) is sealed.
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