DE10060783A1 - Blechumformverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein in steter Folge zyklisch arbeitendes Blechumformwerkzeug wird erfindungsgemäß an seiner Formfläche in sämtlichen Arbeitsphasen kontinuierlich auf einem im wesentlichen konstanten Temperaturniveau gehalten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines in steter Folge zyklisch arbeitenden Blechumformwerkzeugs sowie auf ein derartiges Umform-, insbesondere Tiefziehwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Es ist bekannt (DE 195 29 881 C1 oder EP 0 664 210 A1), Tiefziehwerkzeuge in der Blechumformphase zu temperieren, um dadurch ein verbessertes Fließ­ verhalten oder auch Gefügeumwandlungen im Blechteil zu erhalten. Selbst wenn dabei jedoch die Blechplatine zusätzlich intensiv mit einem Schmiermittel vorbehandelt wird, kommt es im Dauerbetrieb des Umformwerkzeugs in den Bereichen erhöhter Reibung zwischen Blechplatine und Zieh- bzw. Formspalt zu Instabilitäten im Umformprozess, die sich vor allem bei höherfesten Blech­ materialien in stellenweise übermäßigen Materialabstreckungen oder Gefüge­ fehlern bis hin zu Rissbildungen im Blechteil äußern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Blechumformwerkzeug der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass Instabilitäten bei der Blechum­ formung im Dauerbetrieb des Umformwerkzeugs vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren bzw. das im Anspruch 5 gekennzeichnete Blechumformwerkzeug gelöst.

Aufbauend auf der Überlegung, dass es bei der Blechumformung in den Berei­ chen erhöhter Reibung zwischen Blechmaterial und Formfläche zu einem örtli­ chen Temperaturanstieg kommt, welcher allein durch eine Vorkühlung der Blechplatine und/oder eine Werkzeugtemperierung in der Umformphase nicht wirksam abgebaut werden kann, sondern sich im Gegenteil bei rascher Takt­ folge des Werkzeugs immer stärker ausprägt, mit der Folge, dass einerseits thermisch bedingte, lokale Verzerrungen in der Zieh- und Formspaltgeometrie des Werkzeugs entstehen und andererseits örtliche Überhitzungen der Blech­ platine, welche die Ursache für die erwähnten Prozessinstabilitäten und Quali­ tätsminderungen des verformten Bauteils sind, wird erfindungsgemäß durch die im wesentlichen konstante Temperierung der gesamten Formfläche in sämtli­ chen Arbeitsphasen des Umformwerkzeugs eine gleichbleibend hohe Produkt- und Prozessqualität selbst im Dauerbetrieb und bei erhöhter Taktfrequenz si­ chergestellt. Das Ergebnis ist eine geringere Streubreite in der Bauteilgeome­ trie, eine reduzierte Materialabstreckung, ein homogenerer Gefügeaufbau im umgeformten Bauteil und ein niedrigerer Ausschussanteil bei kritischen Bau­ teilen sowie auf Seiten des Umformwerkzeugs ein geringerer Formflächenver­ schleiß unter Fortfall einer Zusatzschmierung und eine erhöhte Gasamteffi­ zienz.

Soweit das Blechteil während der Umformphase nicht zusätzlich einer Wärme­ behandlung unterzogen wird, wird die Formfläche zweckmäßigerweise durch ein das Werkzeuginnere durchströmendes Wärmeübertragungsmedium ge­ kühlt, und zwar auf ein etwa zwischen -5 und 70°C vorgewähltes Temperatur­ niveau. In vielen Anwendungsfällen wird die Wärmebelastung aus der Blech­ umformung zum weitaus größten Teil von der Matrize des Formwerkzeugs auf­ genommen, und in diesem Fall wird im Hinblick auf eine vereinfachte Werk­ zeugtemperierung nur die matrizenseitige Formfläche des Formwerkzeugs auf dem vorgewählten Temperaturniveau gehalten.

Aus Gründen einer exakten Temperatursteuerung ist das entsprechende Um­ formwerkzeug erfindungsgemäß in mehrere, mechanisch fest miteinander ver­ bundene, thermisch jedoch zumindest gruppenweise getrennt voneinander re­ gulierbare Einzelsegmente unterteilt, die von Strömungsmittelkanälen für ein Wärmeübertragungsmedium durchsetzt und formschlüssig miteinander ver­ bunden sind, wobei thermisch gemeinsam gesteuerte Einzelsegmente im Hin­ blick auf eine sichere Abdichtung im Bereich der Strömungsmittelverbindungen zweckmäßigerweise noch zusätzlich miteinander verklebt sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Tiefziehwerkzeug mit einer Formflächentemperierung im Längsschnitt; und

Fig. 2 das Tiefziehwerkzeug nach Fig. 1 im Schnitt längs der Linie II, mit zugeordnetem Temperiergerät.

Die in den Figur gezeigte Tiefziehpresse 2, mit der eine Blechplatine 3 zu einem Federtopf für eine Kraftfahrzeug-Federstütze umgeformt wird, enthält in übli­ cher Weise ein Unterwerkzeug 4 einschließlich einer Werkzeugmatrize 5 mit einer der Form des herzustellenden Federtopfes entsprechenden Formfläche 6 sowie einen zyklisch betätigten Pressenstempel 7 mit einer zur Formfläche 6 korrespondierenden Gegenfläche 8 und einen Blechhalter 9 zum Einspannen der Blechplatine 3 während des Umformvorgangs.

Um im Dauerbetrieb der Tiefziehpresse 2 umformbedingte, örtliche Überhit­ zungen an den Formflächen 6, 8 und der Blechplatine 3 auszuschließen und eine gleichbleibend hohe Prozess- und Produktqualität zu gewährleisten, wird die Matrize 5 vor Produktionsbeginn und dann während sämtlicher Arbeitspha­ sen der Tiefziehpresse 2 auf ein im wesentlichen konstantes Temperaturniveau gebracht. Zu diesem Zweck ist die Matrize 5 von Strömungsmittelkanälen 10 durchsetzt, die - soweit aus Festigkeits- und Herstellungsgründen möglich - in der Nähe der wärmebelasteten Formflächenabschnitte verlaufen und kontinu­ ierlich von einem Wärmeübertragungsmittel durchströmt sind, welches von ei­ nem Temperiergerät 11 auf das zur Temperaturkonstanz der Matrize 5 erfor­ derliche Temperaturniveau, gegebenenfalls nach Maßgabe nicht gezeigter, im Formflächenbereich der Matrize 5 angeordneter Temperaturfühler, eingeregelt wird.

Aus Gründen einer exakten Matrizentemperierung, aber auch um das Kanal­ muster in der Matrize 5 verbohren zu können, ist die Matrize 5 in mehrere Ein­ zelsegmente 12.1 . . . 12.4 unterteilt, die mit Hilfe eines Werkzeugrahmens 13 fest miteinander verbunden und zumindest gruppenweise - nämlich nach Fig. 2 paarweise - je nach örtlicher Wärmebelastung der einzelnen Formflächenab­ schnitte jeweils über einen eigenen, vom Temperiergerät 11 hinsichtlich Zu­ lauftemperatur und Mengenstrom individuell geregelten Strömungsmittelkreis­ lauf 14.1 bzw. 14.2 thermisch getrennt voneinander gesteuert werden.

Aneinanderstoßende Kanalabschnitte können durch O-Ringe 15 abgedichtet werden. Zusätzlich sind die Einzelsegmente 12.1 . . . 12.4 an ihren Trennflächen 16 durch Verklebungen 17 gesichert.

Das Temperaturniveau an der Formfläche 6 wird je nach Verformungsgrad und Materialbeschaffenheit der Blechplatine 3 auf einen Wert zwischen -5 und 70°C eingeregelt. Im Einzelfall, z. B. wenn die Blechumformung zugleich mit einer Gefügeumwandlung im Blechteil kombiniert werden soll, kann das Tem­ peraturniveau auch höher vorgewählt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines in steter Folge zyklisch arbeitenden Ble­ chumform-, insbesondere Tiefziehwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug an seiner Formfläche kontinuierlich in allen Ar­ beitsphasen auf einem im wesentlichen konstanten Temperaturniveau gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche durch ein das Werkzeuginnere durchströmendes Wär­ meübertragungsmedium temperiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche auf einem zwischen -5 und 70°C vorgewählten Tempe­ raturniveau gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betrieb ei­ nes aus Matrizen, Stempel und Blechhalter bestehenden Pressform­ werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass nur die matrizenseitige Formfläche des Pressformwerkzeugs auf einem im wesentlichen konstanten Temperaturniveau gehalten wird.

5. Blechumform-, insbesondere Tiefziehwerkzeug, dadurch gekennzeich­ net, dass das Werkzeug (5) in mehrere, mechanisch fest miteinander verbundene, thermisch zumindest gruppenweise getrennt voneinander steuerbare Einzelsegmente (12.1 bis 12.4) unterteilt ist.

6. Blechumformwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsegmente (12.1 bis 12.4) kontinuierlich von einem Wärme­ übertragungsmedium durchströmt und formschlüssig miteinander ver­ bunden sind und dass thermisch gemeinsam gesteuerte Einzelsegmente (12.1, 12.2 und 12.3, 12.4) zusätzlich miteinander verklebt sind.