DE102007033205A1

DE102007033205A1 - Verfahren und Formwerkzeug zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen

Info

Publication number: DE102007033205A1
Application number: DE102007033205A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Dipl.-Ing. Gensert; Günter ROHWERDER
Original assignee: Sieber Forming Solutions GmbH
Current assignee: Sieber Forming Solutions GmbH
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug, das mindestens einen Kern mit einem Arbeitshohlraum und mindestens eine Armierung umfasst, die den Kern vorspannt, sowie ein geeignetes Formwerkzeug. Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik soll ein Verfahren geschaffen werden, mit dem es möglich ist, längere Produktionsunterbrechungen, bedingt durch einen Austausch von Kern und/oder Armierung zur Veränderung des Arbeitshohlraumes, zu vermeiden. Ferner soll ein dafür geeignetes Formwerkzeug geschaffen werden. Hierzu wird als Lösung vorgeschlagen, dass der Kern 2 durch direkte und/oder indirekte Beheizung zur Einstellung des Arbeitshohlraumes 3 auf Sollmaß für das herzustellende Werkstück 4 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und bei auftretenden Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß der Werkstücke 4 während des Produktionsprozesses durch weitere Erwärmung des Kerns 2 und/oder Kühlung, mindestens der Armierung 6, die Größe des Arbeitshohlraumes 3 und erforderlichenfalls die Vorspannung der Armierung 6 an das Sollmaß angepasst werden. Mit dieser Verfahrensweise lassen sich Veränderungen des Arbeitshohlraumes im Bereich von mehreren Hundertstel mm erzielen, wobei es praktisch zu keinen Unterbrechungen des Produktionsprozesses kommt. Bei auftretenden Maßabweichungen der Werkstücke kann auf einen aufwendigen ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug, das mindestens einen Kern mit einem Arbeitshohlraum und mindestens eine Armierung umfasst, die den Kern vorspannt, sowie ein geeignetes Formwerkzeug. Eine wirtschaftliche Fertigung von durch Kalt-Pressen hergestellten Werkstücken erfordert hohe Stückzahlen, wobei insbesondere die Dimensionierung des Arbeitshohlraumes und die Vorspannung des Kerns entscheidend für die Maßgenauigkeit der herzustellenden Werkstücke ist.
Zum Ausgleich von auftretenden Maßabweichungen des im Kern bzw. in der Matrize angeordneten Arbeits- bzw. Formhohlraumes von Formwerkzeugen oder zu dessen Voreinstellung ist es bereits bekannt ( DE 42 07 778 A1 ), den Kern bzw. die Matrize mittels eines durch ein Druckmedium beaufschlagbaren, konischen Verstellelementes elastisch zu verformen. Aus der DE 198 04 700 A1 ist ein Formwerkzeug bekannt, bei dem die Matrize bzw. der Kern mit radialer Vorspannung von einem Spannring umgeben ist, an dem die Armierung anliegt, wobei Spannring und Armierung ortsfest an einem Träger angebracht sind. Spannring und Matrize besitzen konische Berührungsflächen. Die Matrize ist mittels eines Druckkolbens relativ zum Träger verschiebbar, um aufgetretene Maßabweichungen aufgrund elastischer Verformungen der Matrize auszugleichen, und kann in unterschiedlichen Stellungen am Träger arretiert werden.
Die vorgenannten Maßnahmen mittels mechanischer Verstellvorrichtungen die Dimensionierung des Formhohlraumes zu verändern sind kostenaufwendig und erfordern umfangreiche Einstellarbeiten durch das Bedienungspersonal.
Vorzunehmende Veränderungen oder Korrekturen der Abmessungen des Formhohlraumes können sich aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren ergeben. Einerseits resultieren diese unmittelbar aus dem Umformprozess oder ergeben sich aus Folgeprozessen zur Nachbehandlung der Werkstücke. Derartige Einflussfaktoren sind z. B. Auffedern des Arbeitshohlraumes, die prozessbedingte Erwärmung des Werkzeuges und/oder des Werkstückes. Beim nachfolgenden Härten des Werkstückes können Maßveränderungen auftreten, die häufig chargenabhängig sind, und zu Qualitätsmängeln führen. Um die geforderte Maßgenauigkeit der Werkstücke zu gewährleisten, ist es somit erforderlich, Veränderungen an den Abmessungen des Formhohlraumes vorzunehmen. Dabei handelt es sich oft nur um Korrekturen um wenige hundertstel mm.
In der Praxis ist es daher üblich, zur Korrektur von Maßabweichungen der Werkstücke im Hundertstelbereich das Formwerkzeug auszubauen und die Bauteile Kern und/oder die Armierung auszutauschen. Dazu ist es erforderlich, den Kern auszupressen und wieder in eine andere Armierung einzupressen oder einen neuen Kern in die vorhandene Armierung einzupressen. Diese Umrüstarbeiten sind sehr zeit- und kostenaufwendig. Dabei muss der laufende Produktionsprozess unterbrochen werden. Während einer Produktionsserie für ein Werkstück muss üblicherweise damit gerechnet werden, dass mehrmals Korrekturen am Kern bzw. der Armierung vorgenommen werden müssen. Dies erfordert die Vorhaltung einer entsprechenden Anzahl an Kernen und Armierungen unterschiedlicher Größenordnungen. Diese Aufwendungen wirken sich nachteilig auf die Produktionskosten aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug, zu schaffen, mit dem es möglich ist, längere Produktionsunterbrechungen, bedingt durch einen Austausch von Kern und/oder Armierung, zu vermeiden. Ferner soll ein dafür geeignetes Formwerkzeug geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Die Ansprüche 12 bis 22 beziehen sich auf Ausgestaltungen eines Formwerkzeuges zur Durchführung des Verfahrens.
Unmittelbar vor Produktionsbeginn wird der Kern durch direkte oder indirekte Beheizung zur Einstellung des Arbeitshohlraumes auf Sollmaß für das herzustellende Werkstück auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Im laufenden Produktionsprozess werden bei auftretenden Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß der Werkstücke durch weitere Erwärmung des Kerns und/oder Kühlung, mindestens der Armierung, die Größe des Arbeitshohlraumes und erforderlichenfalls die Vorspannung der Armierung an das Sollmaß angepasst. Die Höhe der vorbestimmten Temperatur für den Kern wird anhand von Berechnungen und/oder Erfahrungswerten ermittelt, wobei diese sicherstellt, dass über den Verbund aus Kern, Armierung und gegebenenfalls Zwischenring der Arbeitshohlraum in seinen Abmessungen so voreingestellt wird, das eine möglichst lang anhaltende Maßhaltigkeit der Werkstücke während des Produktionsablaufes eingehalten werden kann. Dabei wird versucht, bestimmte Einflussfaktoren, wie die entstehende Prozesswärme und/oder die Erwärmung der Werkstücke soweit wie möglich mit zu berücksichtigen. Dadurch lässt sich der Toleranzbereich für erforderliche Korrekturen im laufenden Produktionsprozess minimieren, sodass ein Bereich von einigen hundertstel mm nach oben bzw. unten vollkommen ausreichend ist, um die gewünschte Maßhaltigkeit der herzustellenden Werkstücke zu gewährleisten.
Treten während der Produktion der metallischen Werkstücke Veränderungen an den Abmessungen der Werkstücke auf – Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß –, so wird der Kern gezielt erwärmt und/oder die Armierung gekühlt. Entsprechend den jeweiligen Erfor dernissen können Erwärmung bzw. Kühlung einzeln oder in Kombination durchgeführt werden. Dadurch kommt es zu einer Veränderung der Größe des Arbeitshohlraumes und/oder zu einer Beeinflussung der Vorspannung der Armierung. Im laufenden Produktionsprozess ist es von großem wirtschaftlichem Vorteil, wenn bei auftretenden Maßabweichungen sofort reagiert werden kann, ohne längere Produktionsunterbrechungen, die ansonsten bei einem Austausch von Kern und/oder Armierung erforderlich wären.
Wird im laufenden Produktionsprozess festgestellt, dass Werkstücke ein Über- oder Untermaß aufweisen, so wird im Falle eines Untermaßes mittels der Heizung der Kern auf eine höhere Temperatur erwärmt, wodurch der Verbund Armierung/Kern eine höhere Temperatur erreicht. Dadurch wird der Arbeitshohlraum geringfügig vergrößert.
Im umgekehrten Fall, bei einem auftretenden Übermaß, erfolgt eine Absenkung der Temperatur des Kerns durch eine entsprechende Kühlung der Armierung. Dadurch wird der Arbeitshohlraum geringfügig verkleinert.
Bei einer Erwärmung des Kerns durch direkte Beheizung ist vorgesehen, entweder im Kern eine Heizung anzuordnen oder die Heizung so auszuführen, dass diese den Kern umgibt oder an mindestens einer Seite des Kerns anliegt. In speziellen Anwendungsfällen kann es auch möglich sein, mehrere dieser Varianten zu kombinieren, beispielsweise eine den Kern umgebende Heizung und zusätzlich eine an der Unterseite des Kerns anliegende Heizung. Möglich ist auch eine Kombination von direkter und indirekter Beheizung des Kerns. Dies ist im Einzelfall abhängig von der Geometrie der umzuformenden Werkstücke.
Zur indirekten Beheizung wird zwischen Kern und Armierung ein beheizbarer metallischer oder keramischer Zwischenring installiert. Ein keramischer Zwischenring mit integrierter Heizung, wie einer elektrischen Widerstandsheizung, bewirkt zusätzlich eine thermische Isolierung zwischen Kern und Armierung. Die Heizung sollte im Zwischenring in unmittelbarer Nähe zum Kern angeordnet sein. Ein metallischer Zwischenring wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn mit einem flüssigen Heiz- bzw. Temperiermedium, wie z.B. Öl, gearbeitet wird. In einem leitenden, metallischen Zwischenring kann als Heizung auch eine Induktionsspule mit oder ohne Isolierung der Wicklungen eingesetzt werden.
Zur Erwärmung des Kern können unterschiedliche Heizmethoden zur Anwendung kommen, vorzugsweise als induktive Heizung, als elektrische Widerstandheizung oder mittels flüssiger Temperiermedien.
Ist eine Absenkung der Temperatur des Kerns erforderlich, so kann das gesamte Formwerkzeug durch Luftkühlung gekühlt werden und/oder die Armierung wird gezielt gekühlt, z. B. mittels eines flüssigen Kühl- oder Temperiermediums.
Mit Produktionsbeginn sollte die Temperatur mindestens eines der Bauteile (Kern, Zwischenring, Armierung) und/oder des Werkstückes kontinuierlich gemessen werden. Das hergestellte Werkstück sollte nach dem Umformprozess und/oder nach einer abschließenden Nachbehandlung, z. B. durch Härten, vermessen werden.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Verfahrensweise wird das Sollmaß der Werkstücke in einer Rechnereinheit gespeichert, der als elektrische Signale die aktuel len Messwerte der Istmaße der Werkstücke und die aktuellen, gemessenen Temperaturwerte übermittelt werden. Mittels einer geeigneten Software werden Istmaß und Sollmaß der hergestellten Werkstücke verglichen und bei auftretenden Abweichungen die erforderliche Änderung der vorbestimmten bzw. voreingestellten Temperatur für den Kern ermittelt, um die aktuellen Abmessungen des Arbeitshohlraumes und/oder der Vorspannung dahingehend zu korrigieren, dass Ist- und Sollmaß der Werkstücke übereinstimmen und der hierzu erforderliche Erwärmungs- oder Kühlvorgang ausgelöst wird.
In der Praxis ist es sinnvoll, die Verfahrensweise in ein automatisches Steuer- und Regelungssystem einzubinden, wobei es zweckmäßig Ist, auch die Temperatur mindestens eines der Bauteile des Verbundes und/oder des Werkstückes zu messen. Der Verbund bzw. das Formwerkzeug kann sowohl aus Kern und Armierung oder aus Kern, Zwischenring und Armierung bestehen. Dabei werden regelungstechnisch weitere Einflussfaktoren, wie die Prozesswärme, die Erwärmung der Werkstücke während des Produktionsprozesses, die Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien des Verbundes, berücksichtigt.
Ein geeignetes Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens ist so ausgelegt, dass zur Beeinflussung der Abmessungen des Arbeitshohlraumes und/oder der Vorspannung der Armierung im Kern oder zwischen Kern und Armierung mindestens eine Heizung angeordnet ist und die Armierung kühl- oder temperierbar ausgebildet ist.
Die Heizung kann beispielsweise auch in einem metallischen oder keramischen Zwischenring integriert sein, der zwischen Kern und Armierung angeordnet ist.
Vorzugsweise sollte das Material des Zwischenringes einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.
Ob Kern und/oder Zwischenring beheizt werden, ist abhängig von der Größe der herzustellenden Werkstücke und der Geometrie des Arbeitshohlraumes. Zwischenring oder Kern können bis auf eine Temperatur von ca. 300 °C erwärmt werden. In bestimmten Anwendungsfällen können in Abhängigkeit vom Material des Kerns auch Temperaturen oberhalb von 300 °C bis zu 600 °C erforderlich sein. Die Erwärmung des Kerns dient ausschließlich zur Beeinflussung der Größe des Arbeitshohlraumes und wirkt sich nicht auf den eigentlichen Umformprozess aus, bei dem üblicherweise eine bestimmte Prozesswärme entsteht. Die Heizung als solche oder auch Teile davon können mit einer geeigneten Isolierung ausgerüstet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung, der Anordnung der Heizung zwischen Kern und Armierung, ist die Heizung als induktive Heizung ausgebildet. Die Induktionsspule ist an die Geometrie des als Leiter dienenden Kerns angepasst und entweder in einer am Außenumfang des Kerns oder in einer am Innenumfang der Armierung vorgesehenen Ausnehmung eingesetzt ist, derart, dass die von der Armierung aufzubringende Vorspannung nicht auf die Induktionsspule übertragen wird. Die Wicklungen der Induktionsspule sind ggf. mit einer Isolierung ummantelt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass auf die Anordnung eines Zwischenringes verzichtet werden kann. Durch die von einem Strom mit einem verlustarmen Frequenzspektrum durchflossene Spule wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
Innerhalb des Kerns, der als elektrisch leitendes Erwärmungsgut dient, werden im Oberflächenbereich Wirbelströme generiert, die im Kern aufgrund des spezifischen Widerstandes zu einer Joule'schen Erwärmung führen. Dadurch wird eine sehr schnelle, direkte Erwärmung des Kerns gewährleistet.
Dabei lässt sich nicht vermeiden, dass, wenn auch in geringerem Umfang, die Armierung mit erwärmt wird. Durch eine gezielte Kühlung der Armierung kann dieser entgegengewirkt werden.
Die Heizung kann auch als elektrische Widerstandsheizung ausgeführt sein, die insbesondere dann zum Einsatz kommt, wenn mit einem Zwischenring gearbeitet wird.
Eine Erwärmung mittels eines flüssigen Temperiermediums, vorzugsweise Öl, erfordert einen entsprechenden Platzbedarf zur Einbringung der erforderlichen Kreislaufbohrungen. Diese lässt sich daher nur einsetzen, wenn Kern oder Zwischenring eine bestimmte Baugröße aufweisen.
Muss die Temperatur von Kern bzw. Armierung abgesenkt werden, so erfolgt in Abhängigkeit vom erforderlichen Kühlbedarf eine Kühlung mittels Luft.
Zur Kühlung des Formwerkzeuges kann auch eine separate Kühlvorrichtung eingesetzt werden, über die ein Kühlmedium, z. B. Luft, auf die Armierung und/oder den Zwischenring geleitet wird.
Falls eine Luftkühlung nicht ausreichend ist, so ist vorgesehen, die Armierung gesondert zu kühlen. In bestimmten Anwendungsfällen kann es auch ausreichend sein, wenn im Zwischenring Kanäle angeordnet werden, die von einem Temperiermedium durchströmt werden. In diesem Fall besitzt der Zwischenring keine separate Heizeinrichtung. Die Erwärmung oder Kühlung erfolgt ausschließlich über das zirkulierende Temperiermedium, wobei jedoch die Aufstellung eines zusätzlichen Temperiergerätes erforderlich ist.
Eine Kühlung kann auch durch den Einsatz eines Peltierelementes erfolgen.
In der Praxis ist es zweckmäßig, auch die Temperatur von Kern und/oder der Armierung zu messen, wobei dies mittels Temperaturfühler oder Infrarotsensor erfolgen kann.
Eine Messung der Werkstücktemperaturen kann in an sich bekannter Weise ebenfalls mittels eines Infrarotsensors vorgenommen werden.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1 ein Formwerkzeug mit indirekter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als Querschnitt,
2 ein Blockschaltbild zur Verfahrensweise,
3 ein Diagramm zum Temperaturverlauf des Kerns,
4 ein Formwerkzeug mit direkter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als
Querschnitt und
5 eine weitere Ausführung eines Formwerkzeuges mit direkter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als Querschnitt.
Das in 1 gezeigte Formwerkzeug 1 besteht aus einem Kern 2, einer Armierung 6 und einem zwischen Kern 2 und Armierung 6 angeordnetem Zwischenring 5 mit integrierter elektrischer Widerstandsheizung 7 zur indirekten Beheizung des Kerns 2. Der Kern 2 besitzt einen Arbeitshohlraum 3 mit einem Durchmesser D, in den ein Rohling 4 aus Metall eingelegt und durch Kalt- oder Halbwarmumformen zu einem Werkstück gepresst wird.
Der Kern 2 kann aus Stahl, Hartmetall oder Keramik bestehen und ist von einem Zwischenring 5, der z. B. aus Keramik besteht, umschlossen. Der Zwischenring 5 ist von einer Armierung 6 umgeben, die den Kern 2 vorspannt. Der Verbund aus Kern 2, Zwischenring 5 und Armierung 6 stellt eine Baueinheit als Formwerkzeug dar, wobei Kern 2 und Zwischenring 5, zur Erzeugung der erforderlichen Vorspannung, in die Armierung 6 eingepresst werden.
In den Zwischenring 5 ist in einem geringen Abstand zur Mantelfläche des Kerns 2 ein elektrisches Heizelement 7 eingebettet, das an eine Stromversorgungseinheit angeschlossen ist. In einem radialen Abstand zu dem Heizelement 7 ist in dem Zwischenring 5 ein Temperaturfühler 8 zur Messung der Temperatur im Zwischenring 5 angeordnet. In der Armierung 6 sind Kühlbohrungen 9 angeordnet, die mit einer Flüssigkeitskühlvorrichtung 10 in Verbindung stehen, durch die erforderlichenfalls ein flüssiges Kühl- oder Temperiermedium geleitet wird. Das Formwerkzeug ist in an sich bekannter Weise in einem Gehäuse angeordnet, das in der Zeichnung nicht mit dargestellt ist.
Mit Beginn der Produktionsaufnahme wird der Zwischenring 5 des Formwerkzeuges 1 auf eine vorgegebene oder vorbestimmte Temperatur T_V erwärmt. Ausgehend von dem herzustellenden Werkstück und den Materialeigenschaften des Verbundes Kern/Zwischenring/Armierung wird diese Temperatur T_V aufgrund von Berechnungen oder Erfahrungswerten festgelegt. In der Regel handelt es sich dabei um den Mittelwert zwischen der minimal (T_min) und maximal (T_max) möglichen Temperatur für die Feineinstellung des Durchmessers D des Arbeitshohlraumes. Die vorbestimmte Temperatur T_V wird auf einen solchen Wert festgelegt, der mit Produktionsaufnahme die Herstellung maßgenauer Werkstücke ermöglicht. Durch den Temperaturbereich zwischen T_min und T_max ist die mögliche Veränderung des Durchmessers D des Arbeitshohlraumes 3 definiert. Der Arbeitsbereich zur Feineinstellung liegt zwischen D_min und D_max und beträgt z.B. 0,06 mm. Dieser ist in 3 auf der Ordinate eingetragen.
Die im laufenden Produktionsprozess aus dem Rohling 4 hergestellten Werkstücke werden mittels einer geeigneten Messeinrichtung 11 vermessen und das Messergebnis wird als elektrisches Signal an eine Steuer- und Regeleinheit 12 übermittelt, in der ein Vergleich zwischen Ist- und Sollwert vorgenommen wird. Der Sollwert D_soll für den Durchmesser der Werkstücke wird vorab in der Steuer- und Regeleinheit 12 gespeichert, an die auch die kontinuierlich mittels des Temperaturfühlers 8 gemessenen Werte für die Temperaturen im Zwischenring 5 übermittelt werden. Die zugehörige Messeinrichtung ist in 2 mit 13 gekennzeichnet. Über einen mit der Regel- und Steuereinheit verbundenen Rechner und einer auf diesem installierten Software werden bei auftretenden Maßabweichungen zwischen D_ist und D_soll die erforderlichen Temperaturwerte für die Kühlung der Armierung 6 oder Erwärmung des Zwischenringes 5 ermittelt und hiervon ausgehend die Heizeinrichtung 14 oder Kühleinrichtung 10 in Betrieb genommen, wobei durch die vorgenommene Veränderung der Arbeitstemperatur des Verbundes Kern, Zwischenring und Armierung der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 so verändert wird, dass die zu fertigenden Werkstücke 4 wieder die geforderte Maßhaltigkeit erreichen.
Wird durch den Vergleich von D_ist und D_soll der umgeformten Werkstücke festgestellt, dass ein Untermaß vorliegt, also D_ist kleiner als D_soll ist, so wird der Zwischenring 5 auf eine höhere Temperatur erwärmt. Durch die höhere Temperatur des Zwischenringes 5 erhöhen sich auch die Temperaturen von Armierung 6 und Kern 2, wodurch der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 des Kerns 2 auf das erforderliche Maß vergrößert wird.
Im umgekehrten Fall, bei einem auftretenden Übermaß, erfolgt eine Absenkung der Temperatur des Verbundes aus Kern, Zwischenring und Armierung, durch eine entsprechende Kühlung. Dadurch wird der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 des Kerns 2 auf das erforderliche Maß verringert. Das Maß der Veränderung ist u. a. auch abhängig von den eingesetzten Werkstoffen für Kern, Zwischenring und Armierung.
Zur Veränderung der Durchmessers des Arbeitshohlraumes ist praktisch keine Unterbrechung des Produktionsprozesses erforderlich.
In den 4 und 5 sind Ausführungen des Formwerkzeuges 1 mit einer direkten Beheizung des Kerns 2 gezeigt. Diese kommen dann zum Einsatz, wenn die Baugröße von Kern und Armierung die hierzu erforderlichen Einbauten ermöglicht. Der Kern 2 muss ausreichend groß sein bzw. genügend „Fleisch" besitzen, um die Bohrungen für die Zirkulation des Heizmediums im Kern 2 unterzubringen.
Eine direkte Beheizung des Kerns 2 hat den Vorteil, dass auf den Einsatz eines Zwischenringes verzichtet werden kann.
4 zeigt eine Ausführung des Formwerkzeuges 1 mit einem Arbeitshohlraum 3 und einer Beheizung des Kerns 2 mittels eines flüssigen Heizmediums, wie Öl. Im Kern 2 sind entsprechende Bohrungen 7a für den Durchlauf des Heizmediums angeordnet. Vorlauf 7b und Rücklauf 7c für das Heizmedium sind an ein regelbares Temperiergerät angeschlossen. In der den Kern 2 umschließenden Armierung 6 sind Kühlbohrungen 9 für ein flüssiges Kühlmedium eingearbeitet, die als Kühlkreislauf mit einem regelbaren Kühlgerät in Verbindung stehen. Als Kühlmedium wird Öl eingesetzt. In der Armierung 6 ist ein Temperaturfühler 8 angeordnet.
Die Ausführung von 5 unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten Formwerkzeug lediglich durch eine andere Art der Beheizung des Kerns 2. Zwischen dem Kern 2 und der Armierung 6 Ist die Induktionsspule 7d einer Induktionsheizung angeordnet. Die Wicklungen der Spule 7d sind in passgenauen Ausnehmungen 15 der Armierung untergebracht. Die Ausnehmungen 15 müssen ausreichend groß sein, damit die von der Armierung 6 auf den Kern 2 wirkende Vorspannung nicht mit auf die Wicklungen der Induktionsspule 7d übertragen wird. Die Induktionsheizung entspricht in ihrem sonstigen Aufbau an sich üblichen Heizungen dieser Bauart. Die Induktionsspule kann auch in entsprechenden Ausnehmungen des Kerns 2 angeordnet werden. Eine Isolierung der Wicklungen der Induktionsspule ist abhängig von der Hohe der auftretenden Temperaturen, da das übliche Isoliermaterial nur eine begrenzte Temperaturstabilität besitzt.
Der steuerungs- und regelungstechnische Ablauf ist analog wie bei der zuvor beschrieben indirekten Beheizung des Kerns. Zu berücksichtigen ist dabei, dass nicht der Zwischenring sondern der Kern erwärmt wird. Anstelle der Temperatur des Zwischenrings werden die in der Armierung gemessenen Temperaturwerte als korrigierte Werte an die Steuer- und Regeleinheit übermittelt. Eine Korrektur der gemessenen Temperaturwerte ist aufgrund der Kühlung der Armierung erforderlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug (1), das mindestens einen Kern (2) mit einem Arbeitshohlraum (3) und mindestens eine Armierung (6) umfasst, die den Kern (2) vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) durch direkte und/oder indirekte Beheizung zur Einstellung des Arbeitshohlraumes (3) auf Sollmaß für das herzustellende Werkstück (4) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und bei auftretenden Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß der Werkstücke (4) während des Produktionsprozesses durch weitere Erwärmung des Kerns (2) und/oder Kühlung, mindestens der Armierung (6), die Größe des Arbeitshohlraumes (3) und erforderlichenfalls die Vorspannung der Armierung (6) an das Sollmaß angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, durch die der Arbeitshohlraum (3) in seinen Abmessungen und/oder die Vorspannung der Armierung (6) so eingestellt wird, dass aufgrund von Berechnungen und/oder Erfahrungswerten Soll- und Istmaß der Werkstücke (4) übereinstimmen und die entsprechende Vorspannung des Kernes (2) durch die Armierung (6) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur direkten Beheizung des Kerns im Kern (2), an mindestens einer Seite des Kerns (2) eine Heizung (7a, 7b, 7c) oder eine den Kern (2) umgebende Heizung (7d) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur indirekten Beheizung zwischen Kern (2) und Armierung (6) ein beheizbarer metallischer oder keramischer Zwischenring (5) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung als induktive Heizung (7d), als elektrische Widerstandheizung (7) oder als Heizung (7a, 7b, 7c) mittels flüssiger Heiz- oder Temperiermedien betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1) durch Luftkühlung gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Armierung (6) ein flüssiges Kühl- oder Temperiermedium eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mindestens eines der Bauteile, Kern (2), Zwischenring (5), Armierung (6), und/oder des Werkstückes (4) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) nach dem Umformprozess und/oder nach einer abschließenden Nachbehandlung vermessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollmaß der Werkstücke (4) in einer Rechnereinheit gespeichert wird, der als elektrische Signale die aktuellen Messwerte der Istmaße der Werkstücke (4) und die aktuellen, gemessenen Temperaturwerte übermittelt werden, wobei mittels einer geeigneten Software Istmaß und Sollmaß der Werkstücke (4) verglichen und bei auftretenden Abweichungen die erforderliche Änderung der vorbestimmten bzw. voreingestellten Temperatur für den Kern (2) ermittelt wird, um die aktuellen Abmessungen des Arbeitshohlraumes (3) und/oder der Vorspannung der Armierung (6) dahingehend zu korrigieren, dass Ist- und Sollmaß der Werkstücke (4) übereinstimmen, und der hierzu erforderliche Erwärmungs- oder Kühlvorgang ausgelöst wird.
Formwerkzeug zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarm- umformen, insbesondere Pressen, aus Rohlingen, bestehend aus einem Kern (2) mit einem Arbeitshohlraum und mindestens einer Armierung (6), die den Kern (2) vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Abmessungen des Arbeitshohlraumes (3) und/oder der Vorspannung der Armierung (6) im Kern (2), an mindestens einer Seite des Kerns (2) oder zwischen Kern (2) und Armierung (6) mindestens eine Heizung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) angeordnet ist und die Armierung (6) kühl- oder temperierbar ausgebildet ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (7) in einem metallischen oder keramischen Zwischenring (5) integriert ist, der zwischen Kern (2) und Armierung (6) angeordnet ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung als induktive Heizung (7a, 7b, 7c), als elektrische Widerstandsheizung (7) oder als Heizung (7a, 7b, 7c) mittels flüssiger Heiz- oder Temperiermedien ausgebildet ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) mit einer Isolierung ausgerüstet ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung der Heizung zwischen Kern (2) und Armierung (6) als induktive Heizung die Induktionsspule (7d) an die Geometrie des als Leiter dienenden Kerns (2) angepasst und entweder in einer am Außenumfang des Kerns (2) oder in einer am Innenumfang der Armierung (6) vorgesehenen Ausnehmungen (15) eingesetzt ist, derart, dass die von der Armierung (6) aufzubringende Vorspannung nicht auf die Induktionsspule (7d) übertragen wird.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (5) mit einem oder mehreren Kanälen ausgerüstet ist, die an eine Heiz- oder Temperiervorrichtung für flüssige Medien angeschlossen sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern (2) und/oder der Armierung (6) ein Temperaturfühler (8) angeordnet ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (5) aus einem Metall mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (6) von einer Kühlvorrichtung umgeben ist, über die ein Kühlmedium auf die Armierung (6) und/oder den Zwischenring (5) gelangt.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung von Armierung (6) oder Zwischenring (5) ein Peltierelement vorgesehen ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (6) mit Kühlkanälen (9) ausgerüstet ist, durch die ein flüssiges Kühlmedium strömt.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Temperatur von Kern (2) und/oder Armierung (6) mittels eines Infrarotsensors erfolgt.