DE10162438A1 - Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um eine Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung mit einem gegebenenfalls beheizbaren Werkzeug aus einem Werkzeugoberteil, welches an einem oberen Werkzeughalter angeschlossen ist und an einem Werkzeugunterteil, welches an einem unteren Werkzeughalter angeschlossen ist, wobei der obere Werkzeughalter mit dem Werkzeugoberteil und der untere Werkzeughalter mit dem Werkzeugunterteil im Zuge des Öffnens und Schließens des Werkzeuges gegeneinander verfahrbar sind. Das Werkzeugoberteil ist gegenüber dem oberen Werkzeughalter und/oder das Werkzeugunterteil gegenüber dem unteren Werkzeughalter beweglich gelagert. Dabei werden das Werkzeugoberteil und/oder das Werkzeugunterteil im Zuge des Öffnens des Werkzeuges unter Bildung zumindest eines Isolierspaltes um ein vorgegebenes Maß von dem oberen Werkzeughalter bzw. dem unteren Werkzeughalter getrennt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung mit einem Werkzeug aus einem Werkzeugoberteil, welches an einen oberen Werkzeughalter angeschlossen ist und einem Werkzeugunterteil, welches an einen unteren Werkzeughalter angeschlossen ist, wobei der obere Werkzeughalter mit dem Werkzeugoberteil und der untere Werkzeughalter mit dem Werkzeugunterteil im Zuge des Öffnens und Schließens des Werkzeuges gegeneinander verfahrbar sind. Dabei kann entweder der obere Werkzeughalter mit dem Werkzeugoberteil verfahrbar sein, während das Werkzeugunterteil feststeht. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der untere Werkzeughalter mit dem Werkzeugunterteil verfahrbar, d. h. absenkbar ist, während der obere Werkzeughalter feststeht. Darüber hinaus können sowohl der obere Werkzeughalter als auch der untere Werkzeughalter verfahrbar eingerichtet sein. - Im Rahmen der Erfindung kann es sich beispielsweise um eine Innenhochdruck-Umformvorrichtung für die druckmedienbasierte Umformung von insbesondere hohlen Rohlingen handeln, wobei zwischen dem oberen Werkzeughalter und dem unteren Werkzeughalter die erforderliche Schließkraft erzeugt wird. Die Erfindung erfasst aber auch Umform-Pressen, wobei der obere Werkzeughalter und der untere Werkzeughalter dann beispielsweise von der oberen Pressplatte und der unteren Pressplatte gebildet werden.
• Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art zum Warmumformen von metallischen Werkstücken sind grundsätzlich bekannt. Dabei sind die Werkzeuge regelmäßig beheizbar. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Werkstücke selbst zu beheizen, so dass es dann auch zu einer Erwärmung der Werkzeughälften kommt. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass es durch Wärmeübertragung vom Werkzeug an die Werkzeughalter regelmäßig zur Erwärmung der Werkzeughalter und folglich der gesamten Umformvorrichtung kommt. Um die Funktionsfähigkeit der Umformeinrichtung nicht zu beeinträchtigen sollen die Werkzeughalter idealerweise auf Raumtemperatur gehalten werden. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz isolierender Stoffe mit hinreichender Druckbeständigkeit zwischen Werkzeug und Werkzeughaltern bekannt. Diese besitzen allerdings in der Regel ein Wärmeleitvermögen, das ohne zusätzliche Kühlung zu einer kontinuierlichen und nicht erwünschten Erwärmung der Umformeinrichtung führt. Der zusätzliche Einsatz einer ausreichenden Kühlung ist aufwendig und verlangt den Einsatz von zusätzlicher Energie, die dem zu erwärmenden Werkzeug zusätzlich zugeführt werden muss. - Hier setzt die Erfindung ein.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung zu schaffen, bei welcher auf einfache und funktionsgerechte Weise die Wärmeabfuhr vom Werkzeug insbesondere an die Werkzeughalter minimiert wird.
• Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, dass das Werkzeugoberteil gegenüber dem oberen Werkzeughalter und/oder das Werkzeugunterteil gegenüber dem unteren Werkzeughalter beweglich gelagert ist, wobei das Werkzeugoberteil und/oder das Werkzeugunterteil im Zuge des Öffnens des Werkzeuges unter Bildung zumindest eines Isolierspaltes um ein vorgegebenes Maß von dem oberen Werkzeughalter bzw. dem unteren Werkzeughalter getrennt werden. Insofern sind gleichsam Trennvorrichtungen zwischen den Werkzeughälften (d. h. dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil) und den Werkzeughaltern verwirklicht, welche dafür sorgen, dass die Werkzeughälften im Zuge des Öffnens der Umformvorrichtung um ein vorgegebenes Maß von den Werkzeughaltern entfernt werden, so dass sich der bzw. die Isolierspalte bilden. In den Isolierspalten befindet sich dann beispielsweise Luft aus der Umgebung bzw. ein vergleichbares Gas oder Isolationsmedium welches sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit und folglich gute Isolationseigenschaft auszeichnet. Die Luft isoliert die Werkzeughälften gegen eine Wärmeübertragung an die Werkzeughalter, und zwar bei geöffnetem Werkzeug, also zwischen den Umformzyklen, in welchen die Vorrichtung beispielsweise zum Entnehmen des geformten Werkstückes bzw. zum Einlegen eines neuen Rohlings geöffnet wird. Lediglich bei geschlossenem Werkzeug kommt es zur Anlage der Werkzeughalter an die Werkzeughälften, so dass die Isolierspalte beim Schließen des Werkzeuges für das Umformen geschlossen werden. In diesem Zusammenhang kann sich eine Kühlung der Umformvorrichtung bzw. der Werkzeughalter empfehlen, die jedoch gegenüber den Kühlungen bei den bisher bekannten Vorrichtungen erheblich reduziert werden kann, da eine nennenswerte Wärmeübertragung lediglich während der Umformzyklen stattfindet.
• Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Werkzeugoberteil und dem oberen Werkzeughalter und/oder zwischen dem Werkzeugunterteil und dem unteren Werkzeughalter ein oder mehrere Federelemente angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass das Werkzeugunterteil im Zuge des Öffnens des Werkzeuges durch die Kraft der Federelemente von dem unteren Werkzeughalter abgehoben wird. Dabei wirken die Federelemente als Druckfedern, welche durch die Federkraft gleichsam von selbst den Isolierspalt erzeugen. Zur Erzeugung des Isolierspaltes im Bereich des Werkzeugoberteils ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Werkzeugoberteil im Zuge des Öffnens des Werkzeuges durch die Schwerkraft des Werkzeugoberteils gegenüber dem oberen Werkzeughalter abgesenkt wird. Es versteht sich, dass in diesem Zusammenhang Sicherungselemente bzw. Halteelemente vorgesehen sind, welche das Absenken des Werkzeugoberteils gegenüber dem oberen Werkzeughalter begrenzen. In diesem Zusammenhang können ebenfalls Federelemente zum Einsatz kommen, welche dann als Zugfedern beansprucht werden. Die Absenkung des Werkzeugoberteils kann im Übrigen nicht nur durch die Schwerkraft allein, sondern auch durch die von der Schwerkraft unterstützte Federkraft der Federelemente erfolgen. Jedenfalls müssen die Federkennlinien der Federelemente sowohl im Bereich des Werkzeugunterteils als auch im Bereich des Werkzeugoberteils an die entsprechenden Erfordernisse angepasst werden, d. h. die jeweilige Federkraft muss so gewählt werden, dass sich unter Berücksichtigung der Massen der Werkzeughälften die gewünschten Spaltweiten der Isolierspalte einstellen. Im Übrigen ist es zweckmäßig, im Zusammenhang mit den Federelementen geeignete Führungselemente z. B. Linearführungen vorzusehen, welche die Bewegungsrichtung der Werkzeughälften relativ zu den Werkzeughaltern definieren.
• Die Federelemente können im Rahmen der Erfindung als Druck- oder Zugfedern, z. B. Schraubenfedern o. dgl. ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Federelemente als hydraulische Federn oder Gasfedern ausgebildet sind.
• In abgewandelter Ausführungsform der Erfindung sind zwischen Werkzeugoberteil und oberem Werkzeughalter und/oder zwischen Werkzeugunterteil und unterem Werkzeughalter eine oder mehrere hydraulische, pneumatische oder elektrische Stelleinrichtungen angeordnet. Diese Stelleinrichtungen ermöglichen eine kontrollierte und ggf. steuerbare bzw. regelbare Bewegung der Werkzeughälften (Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil) gegenüber den Werkzeughaltern und somit eine definierte Einstellung der Isolierspalte bzw. des Isolierspaltes. In diesem Zusammenhang kann auch eine geeignete Steuerung oder Regelung der Spaltweite in Abhängigkeit von der Werkzeugtemperatur erfolgen. Dazu sind dann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung bzw. ein Rechner sowie ein Temperaturfühler im Bereich der Werkzeughälften und/oder der Werkzeughalter vorgesehen.
• Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind im Bereich der Isolierspalte Luftzuführeinrichtungen vorgesehen, welche den Isolierspalten Luft oder ein vergleichbares Medium (z. B. Stickstoff) zuführen bzw. dieses aus den Isolierspalten abführen, so dass gleichsam eine Spülung bzw. ein kontinuierlicher Luftaustausch erfolgt. Auf diese Weise wird ein Erwärmen der Luftschicht innerhalb des Isolierspaltes zuverlässig unterbunden. Dabei besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit der Zuführung von gekühlter Luft oder einem gekühlten Gas.
• Eine weitere Verbesserung lässt sich erzielen, indem auf den den Werkzeughälften zugewandten Flächen der Werkzeughalter und/oder auf den den Werkzeughaltern zugewandten Flächen der Werkzeughälften Reflektionsschichten für Wärmestrahlung angeordnet sind. Bei diesen Reflektionsschichten kann es sich beispielsweise um Aluminiumbeschichtungen, z. B. polierte Aluminiumfolien handeln. Diese minimieren die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung, insbesondere bei geöffnetem Werkzeug. Zusammen mit der Minimierung der Wärmeleitung durch die Luft in den Isolierspalten wird eine Erwärmung der Werkzeughalter zuverlässig verhindert.
• Im Übrigen können die Federelemente oder Stelleinrichtungen unter Zwischenschaltung von Isoliermitteln an den Werkzeughälften und/oder den Werkzeughaltern befestigt sein, um eine Wärmeübertragung von den Werkzeughälften an die Werkzeughalter über die Federelemente oder Stelleinrichtungen zu verhindern bzw. zu minimieren.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken in einer schematischen Seitenansicht mit geschlossenem Werkzeug und
• Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 mit geöffnetem Werkzeug.
• Die Figuren zeigen eine Umformvorrichtung 1 zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung mit einem beheizbaren Werkzeug 2. Das Werkzeug besteht aus einem Werkzeugoberteil 2a und einem Werkzeugunterteil 2b. Das Werkzeugoberteil 2a ist an einen oberen Werkzeughalter 3a angeschlossen, während das Werkzeugunterteil 2b an einen unteren Werkzeughalter 3b angeschlossen ist. Dabei sind der obere Werkzeughalter 3a mit dem Werkzeugoberteil 2a und der untere Werkzeughalter 3b mit dem Werkzeugunterteil 2b im Zuge des Öffnens und Schließens des Werkzeuges 2 gegeneinander verfahrbar. Dieses wird bei einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 deutlich. Denn die Fig. 1 zeigt die Umformvorrichtung 1 mit geschlossenem Werkzeug. In dieser Funktionsstellung kann die Umformung eines in das Werkzeug 2 eingelegten Rohlings beispielsweise im Wege einer Innenhochdruckumformung erfolgen. Der Rohling bzw. die Gravur, in welche der Rohling eingelegt wird, sind lediglich strichpunktiert angedeutet. Fig. 2 zeigt die Umformeinrichtung dann mit geöffnetem Werkzeug 2, d. h. der obere Werkzeughalter 3a wurde mit dem Werkzeugoberteil 2a vom Werkzeugunterteil 2b bzw. dem unteren Werkzeughalter 3b entfernt. In dieser Funktionsstellung lässt sich z. B. das umgeformte Werkstück aus der Gravur entnehmen und ein neuer, umzuformender Rohling einlegen.
• In den Figuren ist schematisch dargestellt, dass das Werkzeugoberteil 2a gegenüber dem oberen Werkzeughalter 3a beweglich gelagert ist. Dementsprechend ist auch das Werkzeugunterteil 2b gegenüber dem unteren Werkzeughalter 3b beweglich gelagert. Im Zuge des Öffnens des Werkzeuges 2 wird das Werkzeugoberteil 2a unter Bildung eines Isolierspaltes 4a zwischen Werkzeugoberteil 2a und oberen Werkzeughalter 3a um ein vorgegebenes Maß M1 von dem oberen Werkzeughalter 3a getrennt. Außerdem wird im Zuge des Öffnens des Werkzeuges 2 das Werkzeugunterteil 2b unter Bildung eines Isolierspaltes 4b zwischen Werkzeugunterteil 2b und unterem Werkzeughalter 3b um ein vorgegebenes Maß M2 von dem unteren Werkzeughalter 3b getrennt. Die Spaltweiten M1 und M2 sind dem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich groß ausgebildet.
• Zwischen dem Werkzeugoberteil 2a und dem oberen Werkzeughalter 3a sowie zwischen dem Werkzeugunterteil 2b und dem unteren Werkzeughalter 3b sind jeweils mehrere Federelemente 5a bzw. 5b angeordnet. Dabei zeigt eine vergleichende Betrachtung der Fig. 1 und 2, dass das Werkzeugunterteil 2b im Zuge des Öffnens des Werkzeuges 2 durch die Federkraft der Federelemente 5b von dem unteren Werkzeughalter 3b abgehoben wird. Die Federkennlinie der Federelemente 5b, welche als Druckfedern ausgebildet sind, ist dabei so eingestellt, dass sich der Isolierspalt 4b mit der Spaltweite M2 einstellt.
• Das Werkzeugoberteil 2a wird im Zuge des Öffnens des Werkzeuges 2 im Wesentlichen durch die Schwerkraft des Werkzeugoberteils 2a gegenüber dem oberen Werkzeughalter 3a abgesenkt. Die Federelemente 5a zwischen Werkzeugoberteil 2a und oberen Werkzeughalter 3a sind dabei im Wesentlichen als Zugfedern ausgebildet, welche das Absenken des Werkzeugoberteils 2a begrenzen bzw. ein schlagartiges Absenken verhindern. Dabei ist die Federkennlinie dieser Federelemente 5a so eingestellt, dass sich der Isolierspalt 4a mit der Spaltweite M1 einstellt. Sowohl bei den Federelementen 5a als auch bei den Federelementen 5b handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Schraubenfedern. Dieses ist lediglich schematisch angedeutet. Den Isolierspalten 4a, 4b ist durch eine Luftzuführeinrichtung Luft zuführbar bzw. aus den Isolierspalten 4a, 4b ist entsprechend Luft abführbar. Dieses ist in den Figuren nicht dargestellt. Auf den den Werkzeughälften 2a, 2b zugewandten Flächen der Werkzeughalter 3a, 3b sind jeweils Reflektionsschichten 6a, 6b für Wärmestrahlung angeordnet. Diese Reflektionsschichten 6a, 6b sind im Ausführungsbeispiel als polierte Aluminiumfolien ausgebildet. Darüber hinaus können entsprechende Reflektionsschichten auch auf den den Werkzeughaltern 3a, 3b zugewandten Flächen der Werkzeughälften 2a, 2b angeordnet sein. Dieses ist in den Figuren nicht dargestellt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Umformen von metallischen Werkstücken im Wege einer Warmumformung mit einem gegebenenfalls beheizbaren Werkzeug (2) aus einem Werkzeugoberteil (2a), welches an einen oberen Werkzeughalter (3a) angeschlossen ist und einem Werkzeugunterteil (2b), welches an einen unteren Werkzeughalter (3b) angeschlossen ist, wobei der obere Werkzeughalter (3a) mit dem Werkzeugoberteil (2a) und der untere Werkzeughalter (3b) mit dem Werkzeugunterteil (2b) im Zuge des Öffnens und Schließens des Werkzeuges gegeneinander verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugoberteil (2a) gegenüber dem oberen Werkzeughalter (3a) und/oder das Werkzeugunterteil (2b) gegenüber dem unteren Werkzeughalter (3b) beweglich gelagert ist, wobei das Werkzeugoberteil (2a) und/oder das Werkzeugunterteil (2b) im Zuge des Öffnens des Werkzeuges (2) unter Bildung zumindest eines Isolierspaltes (4a, 4b) um ein vorgegebenes Maß (M1, M2) von dem oberen Werkzeughalter (3a) bzw. dem unteren Werkzeughalter (3b) getrennt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkzeugoberteil (2a) und dem oberen Werkzeughalter (3a) und/oder zwischen dem Werkzeugunterteil (2b) und dem unteren Werkzeughalter (3b) ein oder mehrere Federelemente (5a, 5b) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugunterteil (2b) im Zuge des Öffnens des Werkzeuges (2) durch die Federkraft der Federelemente (5b) von dem unteren Werkzeughalter (3b) abgehoben wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugoberteil (2a) im Zuge des Öffnens des Werkzeuges (2) durch die Schwerkraft allein oder durch die von der Schwerkraft unterstützte Federkraft der Federelemente (5a) gegenüber dem oberen Werkzeughalter (3a) abgesenkt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5a, 5b) als Druck- oder Zugfedern, z. B. Schraubenfedern o. dgl. ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5a, 5b) als hydraulische Federn oder Gasfedern ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Werkzeugoberteil (2a) und dem oberen Werkzeughalter (3a) und/oder zwischen Werkzeugunterteil (2b) und dem unteren Werkzeughalter (3b) ein oder mehrere hydraulische, pneumatische oder elektrische Stelleinrichtungen angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Luftzuführeinrichtungen, durch welche den Isolierspalten (4a, 4b) Luft o. dgl. zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf den den Werkzeughälften (2a, 2b) zugewandten Flächen der Werkzeughalter (3a, 3b) und/oder auf den den Werkzeughaltern (3a, 3b) zugewandten Flächen der Werkzeughälften (2a, 2b) eine oder mehrere Reflektionsschichten (6a, 6b) für Wärmestrahlung angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschichten (6a, 6b) als Metallbeschichtungen, insbesondere Aluminiumfolien, ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente oder Stelleinrichtungen unter Zwischenschaltung von Isoliermitteln an den Werkzeughälften und/oder den Werkzeughaltern befestigt sind.