DE102005041460A1 - Deforming tool system with punch, lower holder and mold, useful e.g. in processing metal sheet for automobile productions, has masks of different properties to produce different components of similar geometries - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeugsystem, ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs und ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen einer Bauteilfamilie gemäß der Oberbegriffe der Patentansprüche 1, 7 und 8.The The invention relates to a forming tool system, a method of manufacture a forming tool and a method of manufacturing components a component family according to the generic terms of the claims 1, 7 and 8.
Der grundlegende Verfahrensablauf bei der Umformung von Werkstücken besteht darin, dass das Werkstück in ein formgebendes Umformwerkzeug eingelegt wird, das aus Unter- und Oberwerkzeug besteht, dass eine äußere Kraft auf das Umformwerkzeug und/oder das Werkstück einwirkt, die das Fließen des Werkstückmaterials und seine plastische Verformung in eine durch die Werkzeugform vorgegebene Gestalt bewirkt wird. Insbesondere bei der Umformung von Blechmaterialien bestehen, je nach ein- oder zweifach wirkender Pressenbauart, das Unter- oder das Oberwerkzeug aus den Werkzeugaktivteilen Stempel und Niederhalter und das korrespondierende Ober- oder Unterwerkzeug aus dem Werkzeugaktivteil Matrize.Of the basic process sequence in the forming of workpieces exists in that the workpiece is inserted into a shaping forming tool, the lower and upper tool that exists an external force acting on the forming tool and / or the workpiece, the flow of the Workpiece material and its plastic deformation into a predetermined by the tool shape Shape is effected. In particular, in the transformation of sheet materials exist, depending on one or two-fold press design, the Lower or upper tool out of the tool parts Stamp and hold-down and the corresponding upper or lower tool from the tool active part die.
Bei der Umformung von geometrisch ähnlichen Bauteilen einer Bauteilfamilie, die sich insbesondere in der Eigenschaft der Dicke unterscheiden, ist nach herkömmlicher Bauart für jedes Bauteil ein separates Umformwerkzeug erforderlich. Typische Anwendungsfälle lassen sich diesbezüglich im Bereich der Rahmen- und/oder Strukturteilen der Karosserieaufbauten in der Automobilindustrie finden.at the transformation of geometrically similar Components of a component family, in particular in the property differ in thickness, is of conventional design for each Component requires a separate forming tool. Leave typical applications in this regard in the field of frame and / or structural parts of the body structures in the automotive industry.
Aus
dem Stand der Technik (
Des
weiteren ist aus der
Aufgabe der Erfindung ist es die vorstehend genannten Probleme zu lösen, insbesondere die Reproduzierbarkeit und Austauschbarkeit von Masken und die Anwendbarkeit für mehr als nur ein Bauteil, und ein Umformwerkzeugsystem für die Umformung von Bauteilen, insbesondere der Serienfertigung, bereit zu stellen, das eine größere Flexibilität besitzt, und gleichzeitig eine kostengünstige Serienproduktion gewährleistet, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs und ein Verfahren zur Herstellung von einem Bauteil aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie anzugeben.task The invention is to solve the above problems, in particular the reproducibility and interchangeability of masks and the applicability for more as a single component, and a forming tool system for forming Components, in particular mass production, to provide which has greater flexibility, and at the same time a cost-effective Ensures series production, and a method for producing a forming tool and a A method of making a component from a component family more similar Specify geometry.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Umformwerkzeugsystem, das Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs und das Verfahren zur Herstellung von Bauteilen einer Bauteilfamilie durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 7 und 8 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugsystems (Patentansprüche 2 bis 6).The Invention is with respect to the forming tool system to be created, the method of manufacturing a forming tool and the method for producing components of a component family by the features of the claims 1, 7 and 8 reproduced. The other claims contain advantageous Embodiments and developments of the forming tool system according to the invention (claims 2 to 6).
Die Aufgabe wird hinsichtlich des zu schaffenden Umformwerkzeugsystems erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es ein Unter- und Oberwerkzeug aufweist, wobei Unter- und/oder Oberwerkzeug in Maskentechnologie aufgebaut sind und wobei mehrere, gegeneinander austauschbare Masken unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Dicke, die O-berflächentexturierung und/oder die Wärmeleitfähigkeit für mindestens ein Werkzeugaktivteil von Unter- und/oder Oberwerkzeug vorgehalten sind.The object is achieved in terms of the forming tool system to be created according to the invention in that it has a lower and upper tool, wherein lower and / or upper tool are constructed in mask technology and wherein several, mutually exchangeable masks of different properties, in particular with respect to the thickness, the O-surface texturing and / or the heat conductivity for at least one active tool part of lower and / or upper tool are kept.
Beispielsweise steigert eine derartige Werkzeugauslegung die Flexibilität dieses Umformwerkzeugs erheblich, da das Umformwerkzeug ermöglicht, geometrisch ähnliche Bauteile, die sich von dem ursprünglichen Bauteil z.B. in der Eigenschaft der Dicke unterscheiden, ebenfalls herzustellen, indem eine gewisse Bandbreite an herstellbaren Bauteildicken bei der Fertigung des Grundkörpers des entsprechenden Aktivteils berücksichtigt wird und die entsprechende Dicke des neuen Bauteils letztendlich mittels der austauschbaren Masken einfach angepasst wird.For example Such a tool design increases the flexibility of this Forming tool significantly as the forming tool allows geometrically similar Components that differ from the original ones Component e.g. in the property of thickness differ, too produce by a certain range of manufacturable component thicknesses in the production of the body of the corresponding active part and the corresponding Thickness of the new component ultimately by means of interchangeable Masks is easily adjusted.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugsystems ist, dass die Grundkörper der Werkzeugaktivteile durch computergestützte Datenmodelle exakt beschrieben werden können und somit unabhängig von den Masken durch konventionelle zerspanende Verfahren aber auch neuere RapidTooling-Verfahren reproduzierbar hergestellt werden können, insbesondere bietet sich hier die schichtaufbauende RapidTooling-Technologie Laminated Object Manufacturing (LOM) in Verwendung von Metallschichten an, wodurch eine ausreichende Stabilität des Werkzeugs für die Serienfertigung erreicht wird und gleichzeitig Kosten und Zeit bei der Herstellung eingespart werden.One Another advantage of the forming tool system according to the invention is, that the main body of the Tool active parts exactly described by computer-aided data models can be and thus independent from the masks by conventional machining but also newer RapidTooling processes are produced reproducibly can, In particular, the layer-building RapidTooling technology offers itself here Laminated Object Manufacturing (LOM) using metal layers ensuring sufficient stability of the tool for series production is achieved and at the same time costs and time in the production be saved.
Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeugsystem auch, dass Masken mit gleichen oder unterschiedlichen Eigenschaften reproduzierbar hergestellt werden können, dadurch dass sie direkt mit den geometrisch exakt definierten Grundkörpern der Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugsystems in einem Umformprozess oder aber über separate umformende Verfahren, wie inkrementelle Umformung oder aber beispielsweise temperaturgesteuerte Umformprozesse für nichtmetallische Werkstoffe, wie z.B. CFK-Verbundwerkstoffe, hergestellt werden. Somit können Masken gleicher oder unterschiedlicher Eigenschaften für das Umformwerkzeugsystem in ausreichender Anzahl bevorratet werden, wodurch die Flexibilität des Umformwerkzeugsystems, Bauteile ähnlicher Geometrie einer Bauteilfamilie umformen zu können, gewährleistet wird, und darüber hinaus die zeit- und kostenaufwendige Reparatur und Instandhaltung eines konventionellen Umformwerkzeugs für ein derartiges Umformwerkzeugsystem erheblich reduziert wird, dadurch dass der Verschleiß bildende Kontakt zwischen Umformwerkzeug und Bauteil über die austauschbaren Masken stattfindet und diese, sofern sie verschlissen sind, einfach gegen eine entsprechende Maske aus dem Vorrat von Masken des Umformwerkzeugsystems ausgetauscht werden können.Advantageous is in the forming tool system according to the invention Also, that masks with the same or different properties can be produced reproducibly, that they directly with the geometrically exactly defined basic bodies of the tool active parts the Umformwerkzeugsystems in a forming process or via separate forming processes, such as incremental forming or, for example, temperature-controlled Forming processes for non-metallic materials, e.g. CFRP composites manufactured become. Thus, you can Masks with the same or different properties for the forming tool system be stored in sufficient numbers, whereby the flexibility of Umformwerkzeugsystems, Components more similar Geometry of a component family, is guaranteed, and beyond the time and cost consuming repair and maintenance of a conventional forming tool for such a forming tool system is significantly reduced, characterized in that the wear-forming Contact between forming tool and component via the exchangeable masks takes place and these, if worn, are simply against a corresponding mask from the supply of masks of Umformwerkzeugsystems can be exchanged.
Alternativ oder additiv wird die Aufgabe des zu schaffenden Umformwerkzeugsystems erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass es ein Unter- und Oberwerkzeug aufweist, wobei Unter- und/oder Oberwerkzeug in Maskentechnologie aufgebaut sind und wobei für mindestens zwei Aktivteile von Unter- und Oberwerkzeug jeweils mindestens eine Maske unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Dicke, die Oberflächentexturierung und/oder die Wärmeleitfähigkeit, vorgesehen ist.alternative or additively, the task of the forming tool system to be created becomes also according to the invention solved, that it has a lower and upper tool, with lower and / or upper tool are constructed in mask technology and wherein for at least two active parts of Lower and upper tool each have at least one mask different Properties, especially in terms of thickness, the surface texturing and / or the thermal conductivity, is provided.
Beispielsweise steigert eine derartige Werkzeugauslegung die Flexibilität dieses Umformwerkzeugs erheblich, da das Umformwerkzeug ermöglicht, bei einem Wechsel des Bauteilmaterials oder der Beschichtung des Bauteilmaterials, z.B. verbunden mit einer Änderung der tribologischen Verhältnisse zwischen Umformwerkzeug und Bauteil und höherer Wärmeentwicklung im Umformprozess, durch die Wahl geeigneter und sich in ihren Eigenschaften unterscheidender Masken für die jeweiligen Aktivteile, z.B. der Oberflächentexturierung und Wärmeleitfähigeit, das Umformwerkzeug an die neuen Randbedingungen anzupassen.For example Such a tool design increases the flexibility of this Forming tool significantly as the forming tool allows when changing the component material or the coating of the Component material, e.g. associated with a change in the tribological conditions between forming tool and component and higher heat development in the forming process, by choosing suitable and differing in their characteristics Masks for the respective active parts, e.g. the surface texturing and Wärmeleitfähigeit, adapt the forming tool to the new conditions.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Umformwerkzeugsystems kann der Temperatureintrag durch den Umformprozess in das Werkzeug und somit die Erwärmung des Umformwerkzeugs und die Stabilität des Umformprozesses gesteuert werden, dadurch dass für die Masken Werkstoffe zum Einsatz kommen, die in Abhängigkeit ihrer Wärmeleitfähigkeit das Umformwerkzeug gezielt isolieren oder ihm gezielt Wärme aus dem Umformprozess zuführen. Eine erhöhte Wärmeentwicklung im Umformprozess ist insbesondere bei der Umformung von Werkstoffen mit einer Zugfestigkeit über 600N/mm2 zu erwarten. Vorteilhaft sind dabei Maskenwerkstoffe, die bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von unter 400W/mK aufweisen, vorzugsweise liegt die Wärmeleitfähigkeit von Maskenwerkstoffen im Bereich von 15W/mK bis 55W/mK.In an advantageous embodiment of the Umformwerkzeugsystems the temperature input can be controlled by the forming process in the tool and thus the heating of the forming tool and the stability of the forming process, characterized in that materials are used for the masks, selectively isolate the forming tool depending on their thermal conductivity or him to selectively supply heat from the forming process. Increased heat development in the forming process is to be expected in particular when forming materials with a tensile strength of more than 600 N / mm 2 . Mask materials which have a thermal conductivity in the range of below 400 W / mK at room temperature are advantageous, and the thermal conductivity of mask materials is preferably in the range from 15 W / mK to 55 W / mK.
Zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß zwischen Umformwerkzeug und Bauteil ist die Oberfläche der jeweiligen Maske als das Werkzeugteil, das direkt mit dem Bauteil in Kontakt steht, vorteilhafterweise mit einer Texturierung zu versehen. Vorzugsweise erfolgt dieses mit einem elektronischen Verfahren, insbesondere dem Electrical Discharge Texturing (EDT) Verfahren.to Reduction of friction and wear between forming tool and Component is the surface the respective mask as the tool part, directly to the component is in contact, advantageously provided with a texturing. Preferably, this is done with an electronic method, in particular the Electrical Discharge Texturing (EDT) method.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugsystems werden die Masken als formgebende Schalen aus kaltgewalzten Stahlblechen in einer Dicke von 0,5mm bis 5mm ausgebildet. Vorzugsweise liegt die zu verwendende Materialdicke in dem Bereich zwischen 1mm bis 2,5mm, da dieser Materialdickenbereich auftretende Änderungen in der Bauteildicke von geometrisch ähnlichen Bauteilen oder Bauteilen einer Bauteilfamilie abdeckt. Kaltgewalzte Stahlbleche als Maskenmaterialien bieten ein sehr gutes Umformvermögen und gute Verschleißfestigkeit für die Serienfertigung. Allerdings ist des Umformwerkzeugsystem nicht auf die Verwendung von kaltgewalztem Stahlblech als Maskenwerkstoff beschränkt, sondern umfasst vielmehr alle Eisen- und Nichteisenmetalle, sowie nichtmetallische Materialien und Verbund- und Sandwichmaterialien, insbesondere in Verbindung mit CFK-Materialien.In a further advantageous embodiment of the forming tool system according to the invention, the masks are designed as forming shells cold-rolled steel sheets in a thickness of 0.5mm to 5mm formed. The material thickness to be used preferably lies in the range between 1 mm and 2.5 mm, since this material thickness range covers occurring changes in the component thickness of geometrically similar components or components of a component family. Cold-rolled steel sheets as mask materials offer a very good forming capacity and good wear resistance for series production. However, the forming tooling system is not limited to the use of cold rolled steel sheet as a masking material, but rather includes all ferrous and non-ferrous metals, as well as non-metallic materials and composite and sandwich materials, particularly in connection with CFRP materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Umformwerkzeugsystems erfolgt die Fixierung einer Maske auf einem Werkzeugaktivteil unter Verwendung von Befestigungselementen auf einer von der formgebenden Oberfläche verschiedenen Fläche des Werkzeugaktivteils. Dieses hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass die Bewegung des Bauteilwerkstoffs während der Umformung nicht über die Stelle der Fixierung der Maske auf der entsprechenden Hinterfütterung führt. Eine Beeinflussung der Qualität des Bauteils durch z.B. Kratzer oder Riefen durch die Fixierungselemente der Masken ist somit ausgeschlossen.In a further preferred embodiment of the Umformwerkzeugsystems the fixation of a mask on a tool active part takes place under Use of fasteners on one of the forming surface different area of the Tool active part. This has the advantage of ensuring that is that the movement of the component material during the forming does not over the place the fixation of the mask on the corresponding backfilling leads. An influence on the quality of the component by e.g. Scratches or scores through the fixing elements the masks is thus excluded.
Die Aufgabe in Bezug auf das anzugebende Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize mit mindestens einem Werkzeugaktivteil in Maskentechnik, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Werkzeugaktivteil mit einer Maske verbunden wird, die aus einem Vorrat von mindestens zwei gegeneinander austauschbaren Masken mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere der Dicke, der Oberflächentexturierung und der Wärmeleitfähigkeit entstammt.The Task with regard to the method to be specified for the production of a Forming tool, comprising the tool active parts stamp, hold-down and die with at least one tool active part in mask technology, is characterized according to the invention solved, that at least one tool active part is connected to a mask which is made up of a stock of at least two interchangeable ones Masks with different properties, in particular the thickness, the surface texturing and the thermal conductivity comes.
Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Umformwerkzeugs liegt darin, dass im Gegensatz
zum vorbekannten Stand der Technik der
Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Umformwerkzeugs hinsichtlich der Umformung von Bauteilen einer Bauteilfamilie wird dadurch erreicht, dass die Dicke mehrerer Bauteile einer Bauteilfamilie schon bei der Konstruktion des Umformwerkzeugs berücksichtigt und somit im Umformwerkzeug vorgehalten wird. Es wird also nicht nur die Dicke von einem Bauteil bei der Beschreibung von Hinterfütterung und Maske als dreidimensionalem Datensatz berücksichtigt, sondern es wird von der maximalen Dicke eines Bauteils ausgegangen und der 3D-Datensatz der Hinterfütterung darauf beruhend konstruiert. Durch die Bevorratung von Masken unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere der Dicke, der Oberflächentexturierung und der Wärmeleitfähigkeit, wird dann die Flexibilität des Werkzeugs sichergestellt und durch den Einsatz von entsprechenden Masken im Umformwerkzeug können Bauteile einer Bauteilfamilie mit dem Umformwerkzeug hergestellt werden.The flexibility the method according to the invention for the production of a forming tool with regard to the forming of components of a component family is achieved in that the Thickness of several components of a component family already during construction of the forming tool considered and thus kept in the forming tool. So it will not only the thickness of a component in the description of backfill and mask as a three-dimensional record, but it will based on the maximum thickness of a component and the 3D dataset the backfilling on it based constructed. By storing masks of different Properties, in particular the thickness, the surface texturing and the thermal conductivity, then becomes the flexibility of the tool ensured and through the use of appropriate Masks in the forming tool can Components of a component family made with the forming tool become.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hinterfütterung mindestens eines Aktivteils des Umformwerkzeugs durch die schichtaufbauende Rapid-Tooling-Technologie Laminated Object Manufacturing (LOM) in Verbindung mit Metallschichten verwendet. Diese Ausgestaltung ist geeignet, Zeit und Kosten bei der Herstellung einer Hinterfütterung einzusparen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention becomes the back feeding at least one active part of the forming tool through the layer forming end Rapid tooling technology Laminated Object Manufacturing (LOM) in combination with metal layers used. This embodiment is suitable, time and cost in the Production of a backfilling save.
Alternativ oder additiv wird die Aufgabe des anzugebenden Verfahrens zur Herstellung eines Umformwerkzeugs, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize mit mindestens einem Werkzeugaktivteil in Maskentechnik, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für mindestens zwei Werkzeugaktivteile jeweils eine Maske verwendet wird, die sich in mindestens einer Eigenschaft, insbesondere der Dicke, der O-berflächentexturierung und der Wärmeleitfähigkeit, von mindestens der weiteren im Umformwerkzeugsystem verwendeten Masken unterscheidet.alternative or additively, the object of the process to be specified for the production a forming tool, comprising the tool active parts stamp, Hold-down device and die with at least one tool active part in mask technology, according to the invention thereby solved, that for at least two tool active parts each used a mask will be reflected in at least one property, in particular the Thickness, the O-surface texturing and the thermal conductivity, of at least the other masks used in the forming tool system different.
Eine derartige vorteilhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines Umformwerkzeugs zur Herstellung von Bauteilen einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie gewährleistet, dass durch die Herstellung und Bevorratung von sich in ihren Eigenschaften unterscheidenden Masken für mindestens zwei Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugs die Flexibilität eines Umformwerkzeugs weiter erheblich gesteigert wird. Dadurch wird es ermöglicht, beispielsweise unterschiedliche Reibungs- und Verschleißzustände an Ober- und Unterwerkzeug, hervorgerufen durch z.B. einen Wechsel des Bauteilmaterials oder eine Beschichtung des Bauteilmaterials, und/oder z.B. einen für die Prozesssteuerung vorteilhaften Wärmeeintrag in Unter- und/oder Oberwerkzeug, gezielt zu beeinflussen.A Such advantageous embodiment of a method for manufacturing a forming tool for producing components of a component family similar Ensures geometry that by producing and stocking themselves in their properties distinctive masks for at least two tooling parts of the forming tool have the flexibility of a Forming tool is further increased significantly. It will allows For example, different frictional and wear conditions at upper and lower tool caused by e.g. a change of the component material or a coating of the component material, and / or e.g. one for the Process control advantageous heat input in lower and / or upper tool to influence targeted.
Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie durch Umformung mittels eines Umformwerkzeugs, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für mindestens ein Werkzeugaktivteil eine für dieses Bauteil optimierte Maske aus einem Vorrat von mindestens zwei gegeneinander austauschbaren Masken mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere der Dicke, der Oberflächentexturierung und der Wärmeleitfähig, ausgewählt und mit dem Werkzeugaktivteil verbunden wird.The task with regard to the method to be specified for the production of components of a component family of similar geometry by forming by means of a forming tool, comprising the tool active parts punch, hold-down and Matri ze, according to the invention is achieved in that for at least one tool active part optimized for this component mask from a supply of at least two interchangeable masks with different properties, in particular the thickness, the surface texturing and the heat conductive, is selected and connected to the tool active part.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie liegt darin, dass das Verfahren die Umformung mehrerer Bauteile einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie mit einem Umformwerkzeug ermöglicht.Of the Advantage of the method according to the invention for producing a component from a component family similar Geometry lies in the fact that the process of forming several Components of a component family more similar Geometry with a forming tool allows.
Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie wird dadurch erreicht, dass die Dicke mehrerer Bauteile einer Bauteilfamilie schon bei der Konstruktion des Umformwerkzeugs berücksichtigt und somit im Umformwerkzeug vorgehalten wird. Es wird also nicht nur die Dicke von einem Bauteil bei der Beschreibung von Hinterfütterung und Maske als dreidimensionalem Datensatz berücksichtigt, sondern es wird von der maximalen Dicke eines Bauteils aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie ausgegangen und der 3D-Datensatz der Hinterfütterung darauf beruhend konstruiert. Durch die Bevorratung von Masken unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere der Dicke, der Oberflächentexturierung und der Wärmeleitfähigkeit, wird dann die Flexibilität des Werkzeugs sichergestellt und durch den Einsatz von entspre chenden Masken im Umformwerkzeug können Bauteile einer Bauteilfamilie mit dem Umformwerkzeug hergestellt werden.The flexibility the method according to the invention for producing a component from a component family similar Geometry is achieved by having the thickness of several components a component family already considered in the design of the forming tool and thus kept in the forming tool. So it will not only the thickness of a component in the description of backfill and mask as a three-dimensional record, but it will of the maximum thickness of a component from a component family more similar Geometry and the 3D data set of the backing constructed on this basis. By storing masks of different properties, in particular the thickness, the surface texturing and the thermal conductivity, then becomes the flexibility ensured the tool and by the use of corre sponding Masks in the forming tool can Components of a component family made with the forming tool become.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie wird die Hinterfütterung mindestens eines Aktivteils des Umformwerkzeugs durch die schichtaufbauende RapidTooling-Technologie Laminated Object Manufacturing (LOM) in Verbindung mit Metallschichten verwendet. Diese Ausgestaltung ist geeignet, Zeit und Kosten bei der Herstellung einer Hinterfütterung einzusparen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention for producing a component from a component family similar Geometry becomes the backfill at least one active part of the forming tool by the layer-building RapidTooling technology Laminated Object Manufacturing (LOM) used in conjunction with metal layers. This embodiment is suitable, time and cost in the production to save a backfilling.
Alternativ oder additiv wird die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie durch Umformung mittels eines Umformwerkzeugs, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für mindestens zwei Werkzeugaktivteile jeweils eine für dieses Bauteil optimierte Maske ausgewählt werden, die sich in ihren Eigenschaften, insbesondere der Dicke, der Oberflächentexturierung und der Wärmeleitfähigkeit, unterscheiden, und mit dem Werkzeugaktivteil verbunden werden.alternative or additively, the object is a method for producing a Component from a component family of similar geometry by forming using a forming tool, comprising the tool active parts stamp, Downholder and die, inventively achieved in that for at least Two active tool parts each one optimized for this component Mask selected be in their properties, especially the thickness, the surface texturing and the thermal conductivity, and connect to the tool active part.
Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet, dass durch die Herstellung und Bevorratung von sich in ihren Eigenschaften unterscheidenden Masken für mindestens zwei Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugs die Flexibilität eines Umformwerkzeugs weiter erheblich gesteigert wird. Dadurch wird es ermöglicht, beispielsweise unterschiedliche Reibungs- und Verschleißzustände an Ober- und Unterwerkzeug, hervorgerufen durch z.B. einen Wechsel des Bauteilmaterials oder eine Beschichtung des Bauteilmaterials, und/oder z.B. einen für die Prozesssteuerung vorteilhaften Wärmeeintrag in Unter- und/oder Oberwerkzeug, gezielt zu beeinflussen.A Such advantageous embodiment of the method according to the invention guaranteed that by producing and stocking themselves in their properties distinctive masks for at least two tooling parts of the forming tool the flexibility of a Forming tool is further increased significantly. It will allows For example, different friction and wear conditions on top and bottom tool, caused by e.g. a change of the component material or a coating of the component material, and / or e.g. one for process control advantageous heat input in lower and / or upper tool to influence targeted.
Nachfolgend
werden anhand eines Ausführungsbeispiels
das erfindungsgemäße Umformwerkzeugsystem
und die erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung eines Umformwerkzeug und zur Herstellung von Bauteilen
einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie
näher erläutert:
Beginnend
mit dem Datensatz der Bauteilkonstruktion, der in der Regel als
Flächendatensatz
vorliegt, wird ein 3D-Volumenmodell
des Umformwerkzeugs konstruiert. Hierzu wird der Flächendatensatz
aus der Bauteilkonstruktion als Bezugsfläche im Umformwerkzeug als formgebende
Fläche
des Oberwerkzeugs, in diesem Fall die formgebende Fläche der Maske
des Werkzeugaktivteils Matrize, definiert. Davon ausgehend wird
durch Offset-Bildung sowohl in die eine als auch die andere Normalenrichtung
der Bezugsfläche
die 3D-Außenfläche der
Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugs, d.h. Stempel, Niederhalter
und Matrize, gebildet. Da Bauteile einer Bauteilfamilie ähnlicher
Geometrie in den Bauteildicken 1mm, 1,5mm und 2mm und in den verschiedenen Werkstoffen
DC05 und DP800 umgeformt werden, wird in Richtung des Oberwerkzeugs
mit dem Offset von 1mm die 3D-Fläche
des Werkzeugaktivteils Matrize erhalten. In Richtung des Unterwerkzeugs
wird, um die maximale Bauteildicke abzudecken, mit dem Offset von
3mm die 3D-Fläche
der Werkzeugaktivteile Stempel und Niederhalter erhalten. Dieses
Vorgehen ermöglicht
durch Verwendung einer 1mm dicken Maske für das Werkzeugaktivteil Matrize
im Oberwerkzeug und durch Verwendung einer jeweils 1mm dicken Maske
für die
Werkzeugaktivteile Stempel und Niederhalter im Unterwerkzeug die
Herstellung des Bauteils in 2mm Dicke. Analog dazu kann durch Verwendung
von jeweils 1,5mm oder 2mm dicken Masken für die Werkzeugaktivteile Stempel
und Niederhalter im Unterwerkzeug die Herstellung der 1,5mm oder
1mm dicken Bauteile ermöglicht
werden. Da die Bezugsfläche
im Umformwerkzeug mit der 3D-Fläche der
1mm dicken Maske des Werkzeugaktivteils Matrize im Oberwerkzeug
in allen Fällen
unverändert
bleibt ist die exakte Bauteilgeometrie gemäß Konstruktionsdatensatz des
Bauteils für
alle herstellbaren Bauteile der Bauteilfamilie gewährleistet.The forming tool system according to the invention and the method according to the invention for producing a forming tool and for producing components of a component family of similar geometry will be explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment.
Starting with the dataset of the component design, which is usually a surface dataset, a 3D solid model of the forming tool is constructed. For this purpose, the surface data set from the component construction as a reference surface in the forming tool as the shaping surface of the upper tool, in this case the shaping surface of the mask of the die active part die defined. Based on this, the 3D outer surface of the tool active parts of the forming tool, ie punch, blank holder and die, is formed by offset formation in both the one and the other normal direction of the reference surface. Since components of a component family of similar geometry are converted in the component thicknesses of 1mm, 1.5mm and 2mm and in the different materials DC05 and DP800, the 3D surface of the die active part die is obtained in the direction of the upper tool with the offset of 1mm. In the direction of the lower tool, in order to cover the maximum component thickness, with the offset of 3 mm, the 3D surface of the tool active parts punch and downholder is obtained. By using a 1mm thick mask for the tool active part die in the upper tool and by using a 1 mm thick mask for the tool active parts punch and downholder in the lower tool, this procedure enables the production of the component in 2mm thickness. Analogously, by using 1.5mm or 2mm thick masks each for the tool active parts punch and downholder in the lower tool, the production of 1.5mm or 1mm thick components can be made possible. Since the reference surface in the forming tool remains unchanged in all cases with the 3D surface of the 1 mm thick mask of the tool active part die in the upper tool, the exact component geometry is guaranteed according to the design data set of the component for all manufacturable components of the component family.
Ausgehend von den so erzeugten 3D-Flächendatensätzen der Werkzeugaktivteile werden die 3D-Volumenmodelle zur Herstellung der Hinterfütterung der jeweiligen Werkzeugaktivteile konstruiert. Die resultierenden Daten werden in einer marktüblichen RapidTooling-Anlage zum Laminated Object Manufacturing verarbeitet und unter Verwendung von Metallschichten wird eine massive Hinterfütterung für einzelne Werkzeugaktivteile aufgebaut. Zur Steigerung der Festigkeit des Schichtverbundes und zur besseren Positionierung der einzelnen Metallschichten erfolgt das Abstapeln der einzelnen Schichten über Zuganker und Positionierstangen. Diese werden abschließend mit Befestigungselementen wie beispielsweise Gewindemuttern gesichert.outgoing from the 3D area data sets thus generated Tool active parts become the 3D volume models for manufacturing the back feeding constructed of the respective tool active parts. The resulting Data is in a marketable RapidTooling plant for laminated object manufacturing processed and using metal layers becomes a massive backfill for individual Tool active parts built. To increase the strength of the Layer composite and for better positioning of the individual metal layers the individual layers are stacked using tie rods and positioning rods. These will be final secured with fasteners such as threaded nuts.
Die
Herstellung der Masken erfolgt gemäß den schon aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren, insbesondere nach
Auf dieses Weise werden hier die für die Herstellung der Bauteile einer Bauteilfamilie in den Dicken 1mm, 1,5mm und 2mm erforderlichen Masken für die Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugs direkt mit Hilfe der bereits durch das Metall-LOM-Verfahren hergestellten Hinterfütterungen der Werkzeugaktivteile in einem Umformprozess umgeformt. So werden dann jeweils einzeln alle für die Umformung aller Bauteile einer Bauteilfamilie erforderlichen Masken in allen Dicken, in unterschiedlichen Werkstoffen oder in unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Oberflächentexturierungen umgeformt. Nachfolgend erfolgt gegebenenfalls noch eine Nacharbeitung von einzelnen Masken und die Masken werden zur Aufnahme von Fixierelementen, die die Fixierung einer Maske auf einer entsprechenden Hinterfütterung sicherstellen, bearbeitet, beispielsweise werden sie mit Durchgangsbohrungen versehen und zur Aufnahme einer Senkkopfschraube wird der Flanschbereich abgesenkt. Im vorliegenden Fall werden die hergestellten Masken außerhalb der formgebenden Oberfläche auf den Seitenflächen der Hinterfütterungen mit Sechskantschrauben fixiert.On this way, here are the for the production of the components of a component family in the thicknesses 1mm, 1.5mm and 2mm required masks for the tool parts of the Forming tool directly using the already produced by the metal LOM process backings the tool active parts formed in a forming process. So be then each individually for each the transformation of all components of a component family required Masks in all thicknesses, in different materials or in different materials with different surface texturing reshaped. Subsequently, if necessary, a reworking of individual Masks and masks are used to hold fixation elements the fixation of a mask on a corresponding back-feeding ensure, for example, they are provided with through holes and for receiving a countersunk screw is the flange area lowered. In the present case, the masks produced except for shaping surface on the side surfaces of the backings fixed with hexagon screws.
Ergänzend werden weitere Masken mit anderen Eigenschaften, insbesondere der Oberflächentexturierung, hergestellt. Diese werden in separaten Fertigungsprozessen parallel zur Herstellung der Hinterfütterung und des zuvor beschriebenen Prozesses der Maskenherstellung hergestellt. Dieses ist dadurch möglich, dass ein die einzelnen Masken exakt beschreibender 3D-Datensatz aus der Werkzeugkonstruktion vorliegt. Beispielsweise werden hier CFK-Masken in unterschiedlichen Dicken und mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften hergestellt. Ihre Fertigung erfolgt in einem herkömmlichen Fertigungsprozess für CFK-Bauteile. Somit liegen geometrisch eindeutig bestimmte CFK-Masken vor, sobald das Umformwerkzeug für die Serienfertigung einsatzbereit ist.To be complementary further masks with different properties, in particular the surface texturing, produced. These become parallel in separate manufacturing processes for the production of the backfilling and the previously described process of mask fabrication. This is possible by that a 3D record precisely describing the individual masks from the tool design. For example, here are CFK masks in different thicknesses and with different surface properties produced. Their production takes place in a conventional manufacturing process for CFRP components. As a result, geometrically unique CFRP masks are available as soon as possible the forming tool for series production is ready for use.
Der so hergestellte Vorrat an Masken unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere der Dicke, des Werkstoffs und der Oberflächentexturierung, ermöglicht die Herstellung aller Bauteile der Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie mit einem Umformwerkzeugsystem und unter optimalen Prozessbedingungen hinsichtlich Reibung und Verschleiß oder beispielsweise des Wärmeeintrags in einzelne Werkzeugaktivteile.Of the thus prepared stock of masks of different properties, in particular the thickness, the material and the surface texturing, allows the production of all components of the component family more similar Geometry with a forming tool system and under optimal process conditions in terms of friction and wear or, for example, the heat input into individual tool active parts.
Zusätzlich wird durch das Umformwerkzeugsystem die Reparatur und Instandhaltung eines Umformwerkzeugs auf ein Minimum reduziert, dadurch dass im Verschleißfall lediglich eine Maske auszuwechseln ist. Dieses reduziert die erforderliche, aufzuwendende Zeit und die auftretenden Kosten zur Instandhaltung, Wartung und Reparatur von Umformwerkzeugen erheblich.In addition will through the forming tool system repair and maintenance a forming tool to a minimum, characterized in that wear case only a mask is replaced. This reduces the required time and costs of maintenance, Maintenance and repair of forming tools considerably.
Das erfindungsgemäße Umformwerkzeugsystem, das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus einer Bauteilfamilie ähnlicher Geometrie erweisen sich in den Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die Blechverarbeitung in der Automobilindustrie, insbesondere das Tiefziehen. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass die Anwendung sowohl bei der Prototypenfertigung als auch in der Serienfertigung möglich ist. Insbesondere können so erhebliche Vorteile bezüglich der Flexibilität des Umformwerkzeugs zur Umformung von mehr als nur einem Bauteil, zur Reduktion von Herstellkosten und -zeit von Umformwerkzeugen erzielt werden.The inventive forming tool system, the inventive method for its preparation and the process according to the invention for the preparation components of a component family of similar geometry in the embodiments of the example described above is particularly suitable for sheet metal processing in the automotive industry, in particular deep drawing. Advantageous is about it In addition, the application both in prototype production as well possible in series production is. In particular, you can so significant benefits regarding the flexibility the forming tool for forming more than one component, for the reduction of manufacturing costs and time of forming tools be achieved.
Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The Invention is not limited to the previously described embodiment limited, but rather transferable to others.
So kann es beispielsweise erforderlich sein, einzelne Masken aufgrund von extremen Reibungs- und Verschleisszuständen im Umformprozess durch einen Wärmebehandlungsprozess zu härten oder aber in separaten Prozessen eine weitere reibungs- und verschleissreduzierende Oberflächenschicht wie z.B. eine TiC/TiN-Schicht aufzubringen.So For example, it may be necessary to use individual masks of extreme frictional and wear conditions in the forming process by a Heat treatment process to harden or in separate processes another friction and wear reducing surface layer such as. to apply a TiC / TiN layer.
In einer anderen Ausführungsform ist es möglicherweise erforderlich, dass Hinterfütterungen einzelner Werkzeugaktivteile aufgrund z.B. der Werkzeuggeometrie oder der Belastungen im Umformprozess aus Vollmaterial, wie z.B. Stahlgusswerkstoffen, durch zerspanende Bearbeitungsverfahren hergestellt werden müssen.In another embodiment it is It may be necessary that backfills of individual tool active parts due to, for example, the tool geometry or the loads in the forming process of solid material, such as steel castings, must be produced by machining machining processes.
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