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EP3110574B1 - Umformwerkzeug, zur formgebenden bearbeitung eines werkstücks sowie verfahren zum anordnen einer temperiereinrichtung an einem umformwerkzeug - Google Patents

Umformwerkzeug, zur formgebenden bearbeitung eines werkstücks sowie verfahren zum anordnen einer temperiereinrichtung an einem umformwerkzeug Download PDF

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Publication number
EP3110574B1
EP3110574B1 EP15701972.0A EP15701972A EP3110574B1 EP 3110574 B1 EP3110574 B1 EP 3110574B1 EP 15701972 A EP15701972 A EP 15701972A EP 3110574 B1 EP3110574 B1 EP 3110574B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
forming tool
indentation
medium
tool
sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP15701972.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3110574A1 (de
Inventor
Matthias HAHNEL
Ernst Heinl
Lutz SAGNER
Thomas SCHRUMPF
Christian Müller
Richard Schwimmbeck
Jochen LIETZ
Jörg GRIMM
Horst REUSS
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke 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
Priority claimed from DE102014203279.2A external-priority patent/DE102014203279A1/de
Priority claimed from DE102014207869.5A external-priority patent/DE102014207869A1/de
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3110574A1 publication Critical patent/EP3110574A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3110574B1 publication Critical patent/EP3110574B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • 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
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Definitions

  • the present invention relates to a forming tool for shaping a workpiece, in particular a flat sheet, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for arranging a tempering on a forming tool, according to the independent claim. 8
  • Forming devices or forming tools are known from the prior art, which serve for example in presses of the shaping processing of sheets.
  • these forming devices have a die with a shaping surface and a male part, for example a die, with a shaping surface corresponding to the shaping surface of the die.
  • the sheet is inserted between the die and the punch and formed by a relative movement of the punch in the direction of the die or by a movement of the die in the direction of the punch, wherein the sheet is clamped between the die and punch.
  • hold-downs are used. These hold-downs, also called blank holders, hold the sheet metal to the die, so that it can not stand up. On the other hand, the hold-downs ensure that the sheet material flows on, so that stress cracks are avoided.
  • the forming tool has areas with lower degrees of deformation and areas with higher degrees of deformation. In areas of high degree of deformation, severe deformation of the workpiece, i. of the sheet metal. Experiments have shown that in these areas cracking of the sheet can occur. This cracking is due to the fact that at high workpiece frequency or stroke rate, heated in sections with high degrees of deformation, the tool. In this case, it reaches high temperatures in these sections which are above the room temperature or exceed the temperature which the sheet has before the forming.
  • friction arises between the sheet and the forming tool, as a result of which the tool heats up. As a result, it comes to expansion of the tool and thus to a change in shape. Depending on the friction and degree of deformation, locally different expansions of the tool occur. As a result, the scope for a subsequent to be formed sheet is reduced at these locations, so that cracks may arise.
  • the insert is inserted into the matrix or the male part.
  • this method has the disadvantage that the cast structure of the die, the male or the sheet metal retainer is no longer closed, but consists of different individual parts (cast structure and insert).
  • the die is formed of a cast material, there is a risk that the die is destroyed during normal use.
  • cutting out a segment from the casting die forming tooling is a weakening of the casting structure.
  • the die is reshaping the workpiece and entering the male die with the metal sheet, it creates a compressive load on the die that is in the cavity in the radial direction can also act in the axial direction. This pressure load can cause the tool half, whose casting structure is weakened, to be destroyed.
  • the European patent application EP 2 567 763 A1 relates to a mold for hot-forming metal sheets, in particular press-hardening metal sheets, with a plurality of adjoining mold parts defining a mold surface.
  • the European patent application EP 1 990 109 A1 relates to a hot forming method and a hot forming apparatus for forming a metal sheet.
  • the object of the present invention is to provide an alternative solution with which regions with a high degree of deformation of a forming tool can be tempered. It is a particular object of the invention to provide a forming tool and a method with which a subsequent tempering or cooling critical areas of the forming tool can be realized.
  • the invention proposes a forming tool according to claim 1.
  • At least one of the three elements can be provided in one section with one or more tempering devices.
  • the tempering is mounted in the vicinity of areas of the forming tool, in which high degrees of deformation are achieved, so-called critical areas.
  • the die, the holding-down device and / or the male part can have, in sections, at least one shaping insert which can be tempered.
  • the tempering unit can thereby also be provided in individual segments or in individual elements of the forming tool or forming tool halves.
  • At least one depression in particular a blind hole, can be provided for tempering, which can be flushed through with a medium.
  • Such depressions such as, for example, blind holes, are to be introduced into the forming tool in a particularly simple manner. This can both in the new production of the tool as well as subsequently in a revision or optimization of an existing
  • the flushing of the depression with a Medium has the advantage that the temperature of the tool in the critical region of the tool is continuously adjustable by regulating or controlling the flow temperature of the medium.
  • a deflecting plate is introduced into the recess, for guiding the medium.
  • a flow channel can be realized in a simple manner in which the medium can flow from an inlet along the deflection plate to the tool-side inner end of the blind hole bore. At this inner end of the blind bore, the medium is deflected and again guided along the deflection plate to an outlet.
  • the surface of the tool in the recess may be provided with a sealant.
  • a sealant for this purpose, all sealants with which casting pores are closable, for example, radiator sealant, water glass, etc .. Such sealants are added to the cooling medium before commissioning of the tool and passed through the flow channel or the cooling system. In this way, the pores of the casting material which are located on the surface of the tool in the region of the depression are closed in a particularly simple and practicable manner.
  • the surface of the recess may be provided with a paint, casting resin or adhesive. Furthermore, the surface can also be sealed by tinning with soft solder.
  • the deflecting plate can be arranged in such an insert, for example a sleeve, that the medium is guided between the baffle and the inner wall of the sleeve.
  • a sleeve offers particular advantages when the forming tool is formed from a material that is not tight. For example, if the forming tool is made of cast material such as gray cast iron, the sleeve creates a medium-tight vessel in which the medium can be guided.
  • the outer wall of the sleeve may be in touching contact with the inner wall of the recess.
  • the larger the contact surface for example by generating a fit between the outer wall of the sleeve and the inner wall of the recess in the tool, the better the heat transfer from the medium through the sleeve into the tool and vice versa.
  • the better the fit between the sleeve and the tool the better the heat transfer or heat dissipation from the tool into the medium.
  • a sucking fit has been found to be particularly useful here. Sucking fits in the sense of the invention are play fits with little play, whereby a mounting or dismounting without tools, i. is possible by hand.
  • the sleeve may be formed of a material having high thermal conductivity.
  • a material having high thermal conductivity In particular, copper or similar materials are suitable as such material.
  • the outer wall of the sleeve can be provided with a heat conducting means, in particular a heat conducting coating or a thermal paste.
  • the invention relates to a method for arranging a tempering device on a forming tool, for shaping
  • a tempering unit can be provided in or on a forming tool in a simple and cost-effective manner. This method is particularly suitable for the subsequent installation of a temperature control unit in a forming tool.
  • an insert for example a sleeve can be introduced into the depression.
  • the sleeve offers the advantage that even with forming tools, which are formed from a porous material through which the medium can flow, cooling can be realized.
  • the surface of the tool in the recess can be provided with a sealant.
  • a sealant is introduced into the recess, which closes the pores of the material of which the tool consists.
  • Such sealants are admixed before the start of the tool the cooling medium and through the flow channel or the cooling system passed. In this way, the pores of the casting material which are located on the surface of the tool in the region of the depression are closed in a particularly simple and practicable manner.
  • the surface of the recess may be provided with a paint, casting resin or adhesive.
  • the surface can also be sealed by tinning with soft solder.
  • a medium for tempering or cooling of the forming tool are gaseous or liquid media such as. Water, oils or emulsions.
  • a medium or as a coolant for example, water, which is optionally provided with an antifreeze is suitable.
  • the medium can also be tempered to temperatures below 0 ° C.
  • Fig. 1 shows a forming tool 10, which includes a die 11, a hold-down 12 and a male in the form of a punch 13. With the forming tool 10, a workpiece 20 can be formed shaping.
  • Fig. 1 shows the end of the forming process.
  • the die 11, the hold-down 12 and the punch 13 are movably mounted to each other, in
  • Fig. 1 would correspond to such a direction of movement of the vertical direction.
  • An initially flat extending sheet 20 is inserted between the die 11 and the blank holder 12 and pressed by means of the blank holder 12 against the die 11. Thereafter, the punch 13 is moved relative to the male part 11, thereby forming a portion of the workpiece 20.
  • Fig. 1 takes place by way of example and not restricting a transformation of the sheet 20 to a pot-shaped or cup-shaped component.
  • the tool 10 warms up in critical areas. This happens in particular at a high forming cadence or stroke rate, in which six to eight or more components per minute are formed.
  • critical areas are for example in
  • Fig. 1 Areas between the punch 13 and the die 11, which extend substantially almost parallel to the direction of movement, that is to the vertical direction of the punch 10 and the transition areas between the substantially parallel portions and the substantially vertical to the direction of movement of the punch lying areas.
  • a temperature control unit is provided in the hold-down 12.
  • the temperature control unit is designed as a blind hole which extends in Fig. 1 extends from left to right.
  • a baffle 14 is inserted from the left, which acts as a horizontal partition.
  • This blind hole can be flushed with a liquid or gaseous medium, which adjusts a flow in the Fig. 1 is shown by the arrows marked F.
  • the medium is introduced through an inlet opening into the region between the deflecting plate 14 and the wall of the blind hole. It flows in Fig. 1 from left to right right up to the tool inside end of the blind hole, is diverted there and then flows through the lower channel in Fig. 1 from right to left to the outlet opening.
  • the cooling effect consequently spreads from the left-hand area of the hold-down 12 over the workpiece 20 into the die 11.
  • the temperature control in the hold-down 12 is shown, this is only an exemplary embodiment. In other embodiments of the invention, the temperature may also be in the die 11 or appropriate accessibility - be mounted in the punch 13.
  • Exemplary and not limiting Fig. 1 also to the effect that the temperature is introduced directly into an element of the forming tool 10.
  • the die 11, the punch 13 or the hold-down 12 can also consist of individual shaping sections, wherein the temperature control unit can be arranged in a shaping section.
  • the in Fig. 1 shown items of the forming device 10 made of hardened steel. This is tight with respect to the medium.
  • a seal with respect to the cooling medium can be generated by providing the recess with a sealant.
  • the pores in the depression, i. on the surface of the walls which bordered the depression closed.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the hold-12 Fig. 1 , In the Blind hole, the baffle 12 is still introduced, but it is not located directly in the blind hole, but is additionally surrounded by a sleeve 15.
  • the sleeve 15 is formed of a medium impermeable material.
  • the outer surface of the sleeve 15 is in touching contact with the inner surface of the recess. As a result, a particularly good heat transfer from the medium flowing in the sleeve 15 can be ensured via the sleeve 15 to the hold-down 12.
  • the flow direction of the medium results from the arrows in Fig. 2 , which are denoted by F.
  • Fig. 2 Being in Fig. 2 is shown at the top of an inlet through which the medium penetrates into a channel which is defined by the baffle 14 and by the inner surface of the housing 15.
  • the medium flows in Fig. 2 from left to right to the deflection area and then from right to left up to the outlet from which it flows out of the temperature control unit.
  • the tempering instead of in the hold-down 12 in the punch 13 or the die 11 may be introduced.
  • the inlet and the outlet are connected via a hose connection via a simple ring tubing with a suitable pressure hose to a cooling unit.
  • a hose connection via a simple ring tubing with a suitable pressure hose to a cooling unit.
  • pipe connections can also be used. This creates a cooling circuit in which the medium flows back from the cooling unit to the inlet on the tool, through the tempering device and from the outlet to the cooling unit. The cooling unit tempered the medium to a predetermined temperature.
  • the invention offers advantages in that existing or new forming press tools can be provided with cooling at very low cost and low risk in critical forming areas.
  • the advantages of the invention will be briefly summarized again.
  • the invention offers a high flexibility as far as the number, position and location of the cooling channels, i. the depressions or the blind holes.
  • additional cooling holes can be added later in the forming tool with additional needs.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, zur formgebenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines flächigen Blechs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Anordnen einer Temperiereinrichtung an einem Umformwerkzeug, gemäß dem unabhängigen Anspruch 8.
  • Aus dem Stand der Technik sind Umformvorrichtungen bzw. Umformwerkzeuge bekannt, die beispielsweise in Pressen der formgebenden Bearbeitung von Blechen dienen. Im Allgemeinen weisen diese Umformeinrichtungen eine Matrize mit einer formgebenden Oberfläche und eine Patrize, beispielsweise ein Stempel, mit einer der formgebenden Oberfläche der Matrize korrespondierenden eigenen formgebenden Oberfläche, auf. Das Blech wird zwischen die Matrize und den Stempel eingebracht und durch eine Relativbewegung des Stempels in Richtung der Matrize oder durch eine Bewegung der Matrize in Richtung des Stempels umgeformt, wobei das Blech zwischen Matrize und Stempel geklemmt wird.
  • Um das Umformergebnis zu verbessern, und um zu vermeiden, dass sich in den Randbereichen der Matrize das umzuformende Werkstück, d.h. das Blech aufstellt, werden Niederhalter verwendet. Diese Niederhalter, auch Blechhalter genannt, halten das Blech an der Matrize, so dass es sich nicht aufstellen kann. Andererseits gewährleisten die Niederhalter ein Nachfließen des Blechmaterials, so dass Spannungsrisse vermieden werden.
  • Das Umformwerkzeug weist Bereiche mit niedrigeren Umformgraden und Bereiche mit höheren Umformgraden auf. In Bereichen mit hohem Umformgrad tritt eine starke Verformung des Werkstücks, d.h. des Blechs auf. Versuche haben gezeigt, dass in diesen Bereichen ein Reißen des Blechs auftreten kann. Diese Rissbildung ist darauf zurückzuführen, dass bei einer hohen Werkstückfrequenz bzw. Hubzahl, sich in Abschnitten mit hohen Umformgraden das Werkzeug erwärmt. Dabei erreicht es in diesen Abschnitten hohe Temperaturen, die über der Raumtemperatur liegen bzw. über der Temperatur, die das Blech vor der Umformung aufweist, hinausgehen. Bei der Umformung eines Bleches entsteht insbesondere in Bereichen mit hohen Umformgraden Reibung zwischen dem Blech und dem Umformwerkzeug, wodurch sich das Werkzeug erwärmt. In Folge dessen kommt es zu Ausdehnung des Werkzeugs und damit zu einer Formänderung. In Abhängigkeit von Reibung und Umformgrad kommt es zu lokal unterschiedlichen Ausdehnungen des Werkzeugs. Dadurch wird der Spielraum für ein nachfolgendes umzuformendes Blech an diesen Stellen reduziert, so dass Risse entstehen können.
  • Derartige Probleme bedingen eine Überarbeitung des Werkzeugs. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein oder mehrere Segmente einer Umformwerkzeughälfte, d.h. der Matrize oder der Patrize auszuschneiden. In diese Ausschnitte werden dann Einsätze eingebracht, die mit mehreren Bohrungen versehen werden. Diese Bohrungen werden derart miteinander kombiniert, dass in einem Einsatz ein Kühlkreislauf erzeugt werden kann. Dabei wird von einer Außenseite des Werkzeugeinsatzes eine erste Bohrung erzeugt. Anschließend wird eine zweite Bohrung so positioniert, dass sie im Inneren des Werkzeugeinsatzes die erste Bohrung schneidet. Gemäß dieses Verfahrens werden mehrere Bohrungen eingebracht. Danach werden nicht benötigte Öffnungen an der Oberfläche des Werkzeugeinsatzes durch Stopfen verschlossen, mit Ausnahme eines Einlasses und eines Auslasses. Daraus ergibt sich ein Kühlkreislauf, durch den ein Medium fließen kann. Anschließend wird der Einsatz in die Matrize oder die Patrize eingesetzt. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass die Gussstruktur der Matrize, der Patrize oder des Blechniederhalters nicht mehr geschlossen ist, sondern aus unterschiedlichen Einzelteilen (Gussstruktur und Einsatz) besteht. Insbesondere wenn die Matrize aus einem Gussmaterial ausgebildet ist, besteht die Gefahr, dass beim bestimmungsgemäßen Gebrauch die Matrize zerstört wird. Dass Heraustrennen eines Segments aus dem Umformwerkzeug aus Gussmaterial stellt somit eine Schwächung der Gussstruktur dar. Wenn beispielsweise der Stempel nun das Werkstück umformt und mit dem Blech in die Patrize eindringt, erzeugt er eine Druckbelastung auf die Matrize, die in der Kavität in radialer Richtung wie auch in axialer Richtung wirken kann. Diese Druckbelastung kann dazu führen, dass die Werkzeughälfte, deren Gussstruktur geschwächt ist zerstört wird.
  • Alternativ zum Einbringen von Kühlkanälen besteht die Möglichkeit, das Werkzeug vollständig zu erneuern. Dabei können auch neue Werkzeuge von vornherein mit Einsätzen versehen werden wobei die Gussstruktur an diese Einsätze optimiert ist. Dies stellt jedoch eine wirtschaftlich äußerst unbefriedigende Lösung dar.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 554 A1 , die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, ist ein Umformwerkzeug sowie ein Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech bekannt.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 2 567 763 A1 betrifft ein Formwerkzeug zum Warmumformen von Metallblechen, insbesondere Presshärten von Metallblechen, mit mehreren aneinanderliegenden, eine Formfläche definierenden Werkzeugteilen.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 1 990 109 A1 betrifft ein Warmumformverfahren und eine Warmumformvorrichtung zum Umformen eines Metallblechs.
  • Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine alternative Lösung anzugeben, mit der Bereiche mit hohem Umformgrad eines Umformwerkzeuges temperierbar sind. Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein Umformwerkzeug und ein Verfahren anzugeben, mit dem eine nachträgliche Temperierung bzw. Kühlung kritischer Bereiche des Umformwerkzeuges realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Umformwerkzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Umformwerkzeug gemäß Anspruch 1 vor.
  • Mit anderen Worten: mindestens eines der drei Elemente kann in einem Abschnitt mit einer oder mehreren Temperiereinrichtungen versehen sein. Vorteilhafterweise ist die Temperiereinrichtung in der Nähe von Bereichen des Umformwerkzeuges angebracht, in denen hohe Umformgrade erzielt werden, sogenannte kritische Bereiche.
  • Weiterhin können die Matrize, der Niederhalter und/oder die Patrize abschnittsweise mindestens einen formgebenden Einsatz aufweisen, der temperierbar ist. Die Temperiereinheit kann dadurch auch in einzelnen Segmenten bzw. in Einzelelementen des Umformwerkzeuges bzw. Umformwerkzeughälften vorgesehen sein.
  • Darüber hinaus ist zur Temperierung mindestens eine Vertiefung, insbesondere eine Sacklochbohrung vorgesehen sein, die mit einem Medium durchspülbar ist. Solche Vertiefungen, wie bspw. Sacklochbohrungen, sind auf besonders einfache Weise in das Umformwerkzeug einzubringen. Dies kann sowohl bei der Neuherstellung des Werkzeuges als auch nachträglich bei einer Überarbeitung oder Optimierung eines bestehenden
  • Umformwerkzeuges erfolgen. Die Durchspülung der Vertiefung mit einem Medium bietet den Vorteil, dass durch eine Regelung oder Steuerung der Vorlauftemperatur des Mediums die Temperatur des Werkzeuges im kritischen Bereich des Werkzeugs kontinuierlich einstellbar ist.
  • Zusätzlich ist in die Vertiefung ein Umlenkblech eingebracht werden, zum Führen des Mediums. Dadurch kann auf einfache Weise ein Strömungskanal realisiert werden, in dem das Medium von einem Einlass entlang des Umlenkblechs bis zum werkzeugseitigen inneren Ende der Sacklochbohrung fließen kann. An diesem inneren Ende der Sacklockbohrung wird das Medium umgelenkt und wiederum entlang des Umlenkblechs zu einem Auslass geführt.
  • Zusätzlich kann die Oberfläche des Werkzeugs in der Vertiefung mit einem Dichtmittel versehen ist. Dies bietet Vorteile, insbesondere wenn das Werkzeug aus einem porösen Material wie beispielsweise Gussmaterial ausgebildet ist. Da Gusswerkstoffe undicht sind, kann das Kühlmedium in das Material des Werkzeugs eindringen. Um dies zu verhindern, wird gemäß dieser Ausführungsform zumindest innerhalb der Vertiefung die Oberfläche des Werkzeugs mit Hilfe eines Dichtmittels abgedichtet. Dazu eignen sich alle Dichtmittel mit denen Gussporen verschließbar sind, beispielsweise Kühlerdichtmittel, Wasserglas, usw.. Solche Dichtmittel werden vor der Inbetriebnahme des Werkzeuges dem Kühlmedium beigemischt und durch den Strömungskanal bzw. das Kühlsystem geleitet. Damit werden auf besonders einfache und praktikabele Weise die Poren des Gussmaterials verschlossen, die sich an der Oberfläche des Werkzeugs im Bereich der Vertiefung befinden. Alternativ dazu kann zur Abdichtung die Oberfläche der Vertiefung mit einem Farbanstrich, einem Gießharz oder mit Klebstoff versehen werden. Weiterhin kann die Oberfläche auch durch Verzinnen mit Weichlot abgedichtet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Umlenkblech derart in einem Einsatz, beispielsweise einer Hülse angeordnet sein, dass das Medium zwischen dem Umlenkblech und der inneren Wandung der Hülse geführt wird. Die Verwendung einer Hülse bietet insbesondere dann Vorteile, wenn das Umformwerkzeug aus einem Material ausgebildet ist, das nicht dicht ist. Beispielsweise wenn das Umformwerkzeug aus Gussmaterial wie Grauguss besteht, erzeugt die Hülse ein bezüglich des Mediums dichtes Gefäß, in welchem das Medium geführt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die äußere Wandung der Hülse mit der inneren Wandung der Vertiefung in berührendem Kontakt stehen. Je größer die Kontaktfläche ist, beispielsweise durch Generierung einer Passgenauigkeit zwischen der äußeren Wandung der Hülse und der inneren Wandung der Vertiefung in dem Werkzeug, desto besser ist der Wärmeübergang aus dem Medium über die Hülse in das Werkzeug und umgekehrt. Mit anderen Worten: je besser die Passgenauigkeit zwischen Hülse und Werkzeug, desto besser ist der Wärmetransfer bzw. die Wärmeableitung aus dem Werkzeug in das Medium. Eine saugende Passung hat sich hier als besonders zweckdienlich erwiesen. Saugende Passungen im Sinne der Erfindung sind Spielpassungen mit geringem Spiel, wobei eine Montage oder Demontage ohne Werkzeug, d.h. von Hand möglich ist.
  • Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs, kann die Hülse aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sein. Als solches Material eignen sich insbesondere Kupfer oder ähnliche Materialien.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann die äußere Wandung der Hülse mit einem Wärmeleitmittel, insbesondere einer wärmeleitenden Beschichtung oder einer Wärmeleitpaste versehen sein.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anordnen einer Temperiereinrichtung an einem Umformwerkzeug, zur formgebenden
  • Bearbeitung eines Werkstückes, insbesondere eines flächigen Blechs mit einer Matrize, einem Niederhalter und einer Patrize, mit den Schritten:
    • Ermittlung eines kritischen Bereichs des Werkzeugs mit einem hohen Umformgrad,
    • Bestimmung der Position für die Anordnung der Temperiereinrichtung in der Matrize, der Patrize und/oder dem Niederhalter,
    • Erzeugen mindestens einer Vertiefung an der vorbestimmten Position in der Matrize, der Patrize und/oder dem Niederhalter,
    • Einbringen eines Umlenkblechs in die Vertiefung, wobei ein Einlass zum Einbringen eines Mediums in die Vertiefung und ein Auslass zum Abführen des Mediums aus der Vertiefung vorgesehen sind und
    • Anschließen des Ein- und Auslasses an ein Kühlaggregat.
  • Mit diesem Verfahren kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Temperiereinheit in oder an einem Umformwerkzeug vorgesehen werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders zum nachträglichen Einbau einer Temperiereinheit in ein Umformwerkzeug.
  • Darüber hinaus kann in die Vertiefung ein Einsatz, beispielsweise eine Hülse eingebracht werden. Wie eingangs bereits erwähnt, bietet die Hülse den Vorteil, dass auch bei Umformwerkzeugen, die aus einem porösen Material gebildet sind, durch die das Medium hindurchfließen kann, eine Kühlung realisiert werden kann.
  • In einer weiteren Alternative des Verfahrens, kann nach dem Erzeugen der Vertiefung, die Oberfläche des Werkzeugs in der Vertiefung mit einem Dichtmittel versehen werden. Hierzu wird in die Vertiefung ein Dichtmittel eingebracht, dass die Poren des Materials verschließt, aus dem das Werkzeug besteht. Solche Dichtmittel werden vor der Inbetriebnahme des Werkzeuges dem Kühlmedium beigemischt und durch den Strömungskanal bzw. das Kühlsystem geleitet. Damit werden auf besonders einfache und praktikabele Weise die Poren des Gussmaterials verschlossen, die sich an der Oberfläche des Werkzeugs im Bereich der Vertiefung befinden. Alternativ dazu kann zur Abdichtung die Oberfläche der Vertiefung mit einem Farbanstrich, einem Gießharz oder mit Klebstoff versehen werden. Weiterhin kann die Oberfläche auch durch Verzinnen mit Weichlot abgedichtet werden. Durch die Abdichtung des Werkzeugmaterials kann auf die Verwendung einer Hülse verzichtet werden. Somit wird durch die Reduktion der Bauteileanzahl das Verfahren rationalisiert.
  • Als Medium zum Temperieren bzw. Kühlen des Umformwerkzeuges eignen sich gasförmige oder flüssige Medien wie bspw. Wasser, Öle oder Emulsionen. Für die Verwendung als Medium, bzw. als Kühlmittel eignet sich beispielsweise auch Wasser, das gegebenenfalls mit einem Frostschutzmittel versehen ist. Dadurch kann das Medium auch auf Temperaturen unter 0°C temperiert werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
  • Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung durch ein Umformwerkzeug und
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung durch einen Niederhalter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt ein Umformwerkzeug 10, das eine Matrize 11, einen Niederhalter 12 und eine Patrize in Form eines Stempels 13 umfasst. Mit dem Umformwerkzeug 10 kann ein Werkstück 20 formgebend umgeformt werden.
  • Fig. 1 zeigt das Ende des Umformprozesses. Die Matrize 11, der Niederhalter 12 und der Stempel 13 sind zueinander beweglich gelagert, in
  • Fig. 1 entspräche eine solche Bewegungsrichtung der Hochrichtung. Ein ursprünglich sich flächig erstreckendes Blech 20 wird zwischen der Matrize 11 und dem Niederhalter 12 eingebracht und mit Hilfe des Niederhalters 12 gegen die Matrize 11 gedrückt. Danach wird der Stempel 13 relativ zu der Patrize 11 bewegt, wobei er einen Abschnitt des Werkstücks 20 umformt. In
  • Fig. 1 findet beispielhaft und nicht einschränkend eine Umformung des Blechs 20 zu einem topf- oder napfförmigen Bauteil statt. Bei der Umformung erwärmt sich in kritischen Bereichen nicht nur das Werkstück 20, sondern auch das Werkzeug 10. Dies geschieht insbesondere bei einer hohen Umformkadenz bzw. Hubzahl, in der sechs bis acht oder mehr Bauteile pro Minute umgeformt werden. Solche kritischen Bereiche sind beispielsweise in
  • Fig. 1 Bereiche zwischen dem Stempel 13 und der Matrize 11, die im Wesentlichen fast parallel zur Bewegungsrichtung, d.h. zur Hochrichtung des Stempels 10 verlaufen und die Übergangsbereiche zwischen den im Wesentlichen parallelen Bereichen und dem im Wesentlichen senkrechten zur Bewegungsrichtung des Stempels liegenden Bereiche.
  • Um in diesen Bereichen die Erwärmung zu verhindern oder zu reduzieren, ist eine Temperiereinheit in dem Niederhalter 12 vorgesehen. Die Temperiereinheit ist als eine Sacklochbohrung ausgebildet, die sich in Fig. 1 von links nach rechts erstreckt. In die Sacklochbohrung ist von links ein Umlenkblech 14 eingeführt, das wie eine horizontale Trennwand fungiert. Diese Sacklochbohrung kann mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchspült werden, wobei sich eine Strömung einstellt, die in der Fig. 1 durch die mit F markierten Pfeile dargestellt ist. Das Medium wird durch eine Einlassöffnung in den Bereich zwischen das Umlenkblech 14 und die Wandung des Sackloches eingebracht. Es fließt in Fig. 1 von links nach rechts bis zu dem werkzeuginneren Ende der Sacklochbohrung, wird dort umgeleitet und fließt dann durch den unteren Kanal in Fig. 1 von rechts nach links bis zu der Auslassöffnung. Der Kühleffekt breitet sich folglich aus dem linken Bereich des Niederhalters 12 über das Werkstück 20 bis in die Matrize 11 aus.
  • Obwohl in Fig. 1 die Temperierung im Niederhalter 12 dargestellt ist, ist dies nur eine beispielhafte Ausführungsform. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperierung auch in der Matrize 11 oderentsprechende Zugänglichkeit vorausgesetzt - in dem Stempel 13 angebracht sein.
  • Beispielhaft und nicht einschränkend ist Fig. 1 auch dahingehend, dass die Temperierung direkt in einem Element des Umformwerkzeugs 10 eingebracht ist. Alternativ dazu können die Matrize 11, der Stempel 13 oder der Niederhalter 12 auch aus einzelnen formgebenden Abschnitten bestehen, wobei die Temperiereinheit in einem formgebenden Abschnitt angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise sind die in Fig. 1 dargestellten Einzelteile der Umformvorrichtung 10 aus gehärtetem Stahl. Dieser ist bezüglich des Mediums dicht.
  • Sofern ein Werkzeug verwendet wird, dass aus einem porösen Material wie Gusswerkstoffen besteht, kann eine Dichtigkeit bezüglich des Kühlmediums dadurch erzeugt werden, dass die Vertiefung mit einem Dichtmittel versehen wird. Dabei werden die Poren in der Vertiefung, d.h. an der Oberfläche der Wände, welche die Vertiefung beranden, verschlossen.
  • Mit Bezug zur Fig. 2 soll eine Ausführungsform erläutert werden, die besonders vorteilhaft in Umformvorrichtungen Anwendung finden kann, in denen Einzelelemente oder Einzelsegmente d.h. formgebende Abschnitte aus mediumdurchlässigem Material ausgebildet sind. Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Niederhalter 12 aus Fig. 1. In die Sacklochbohrung ist das Umlenkblech 12 weiterhin eingebracht, wobei es jedoch nicht direkt in dem Sackloch angeordnet ist, sondern zusätzlich von einer Hülse 15 umgeben ist. Die Hülse 15 ist aus einem mediumundurchlässigen Material ausgebildet. Darüber hinaus steht die Außenfläche der Hülse 15 in berührendem Kontakt mit der Innenfläche der Vertiefung. Dadurch kann ein besonders guter Wärmeübergang von dem Medium, das in der Hülse 15 fließt, über die Hülse 15 zu dem Niederhalter 12 gewährleistet werden. Wie bereits auch mit Bezug zu Fig. 1 erläutert, ergibt sich die Flussrichtung des Mediums aus den Pfeilen in Fig. 2, die mit F bezeichnet werden. Wobei in Fig. 2 oben ein Einlass dargestellt ist, durch den das Medium in einen Kanal eindringt, der durch das Umlenkblech 14 und durch die innere Oberfläche des Gehäuses 15 definiert wird. In diesen Kammern fließt das Medium in Fig. 2 von links nach rechts bis zum Umlenkbereich und dann von rechts nach links bis hin zu dem Auslass, aus dem es aus der Temperiereinrichtung heraus strömt. Auch in dieser Ausführungsform kann die Temperiereinrichtung anstatt in den Niederhalter 12 in den Stempel 13 oder die Matrize 11 eingebracht sein.
  • In beiden Ausführungsformen sind der Einlass und der Auslass über einen Schlauchanschluss über eine einfache Ringverschlauchung mit einem passenden Druckschlauch mit einem Kühlaggregat verbunden. Alternativ zu der Verbindung über einen Schlauch können auch Rohrverbindungen verwendet werden. Dadurch wird ein Kühlkreislauf erzeugt, in dem das Medium von dem Kühlaggregat zu dem Einlass an dem Werkzeug, durch die Temperiereinrichtung und von dem Auslass zu dem Kühlaggregat zurück fließt. Das Kühlaggregat temperiert das Medium auf eine vorbestimmte Temperatur.
  • Die Erfindung bietet Vorteile dahingehend, dass bestehende oder auch neue Umformpresswerkzeuge mit sehr geringem Aufwand und geringem Risiko in kritischen Umformbereichen mit einer Kühlung versehen werden können.
  • Im Folgenden sollen noch einmal kurz die Vorteile der Erfindung zusammengefasst werden. Mit der oben beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren kann jederzeit eine Kühlung in Umformwerkzeugen aus Guss oder Stahl realisiert werden. Durch Stahleinsätze in Form einer Hülse 15 erfolgt keine Materialschwächung im Gussbauteil, wie bislang im Stand der Technik. Darüber hinaus bietet die Erfindung eine hohe Flexibilität was die Anzahl, Position und Lage der Kühlkanäle, d.h. der Vertiefungen bzw. der Sacklochbohrungen betrifft. In diesem Zusammenhang sei noch darauf verwiesen, dass bei zusätzlichem Bedarf weitere Kühlbohrungen nachträglich in das Umformwerkzeug eingebracht werden können. Durch die Kühlung wird eine höhere Hubzahl bei der Abpressung von Blechen oder Blechplatinen ermöglicht, so dass mehr Teile pro Zeiteinheit produzierbar sind. Auch die Pressennutzungseffizienz erhöht sich bei sehr kritischen Pressteilen.

Claims (10)

  1. Umformwerkzeug, zur formgebenden Bearbeitung eines Werkstücks (20), insbesondere eines flächigen Blechs, mit
    - einer Matrize (11), einem Niederhalter (12) und einer Patrize (13), die jeweils zueinander beweglich angeordnet sind,
    wobei
    die Matrize (11), der Niederhalter (12) und/oder die Patrize (13) mindestens abschnittsweise temperierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperierung mindestens eine Vertiefung, insbesondere eine Sacklochbohrung vorgesehen ist, die mit einem Medium durchspülbar ist, und dass in einer Vertiefung ein Umlenkblech (14) eingebracht ist, zum Führen des Mediums.
  2. Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (11), der Niederhalter (12) und/oder die Patrize (13) abschnittsweise mindestens einen formgebenden Abschnitt aufweisen, der temperierbar ist.
  3. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Oberfläche des Werkzeugs in der Vertiefung mit einem Dichtmittel versehen ist.
  4. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umlenkblech (14) derart in einer Hülse (15) angeordnet ist, dass das Medium zwischen dem Umlenkblech (14) und der inneren Wandung der Hülse (15) geführt wird.
  5. Umformwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Wandung der Hülse (15) mit der inneren Wandung der Vertiefung in berührendem Kontakt steht.
  6. Umformwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (15) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist.
  7. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    die äußere Wandung der Hülse (15) mit einem Wärmeleitmittel, insbesondere einer wärmeleitenden Beschichtung oder einer Wärmeleitpaste versehen ist.
  8. Verfahren zum Anordnen einer Temperiereinrichtung an einem Umformwerkzeug, zur formgebenden Bearbeitung eines Werkstücks (20), insbesondere eines flächigen Blechs, mit einer Matrize (11), einem Niederhalter (12) und einer Patrize (13), mit den Schritten:
    - Ermittlung eines kritischen Bereichs mit einem hohen Umformgrad,
    - Bestimmung der Position für die Anordnung der Temperiereinrichtung in der Matrize (11), der Patrize (13) und/oder dem Niederhalter (12),
    - Erzeugen mindestens einer Vertiefung an der vorbestimmten Position in der Matrize (11), der Patrize (13) und/oder dem Niederhalter (12),
    - Einbringen eines Umlenkblechs (14) in die Vertiefung, wobei ein Einlass zum Einbringen eines Mediums in die Vertiefung und ein Auslass, zum Abführen des Mediums aus der Vertiefung vorgesehen sind und
    - Anschließen des Ein- und Auslasses an ein Kühleaggregat.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vertiefung eine Hülse (15) eingebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen der Vertiefung, die Oberfläche des Werkzeugs in der Vertiefung mit einem Dichtmittel versehen wird.
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