DE10162439A1 - Umformwerkzeug - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um ein Umformwerkzeug zum Herstellen von Werkstücken aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung, mit zumindest zwei Werkzeughälften und einer formgebenden Gravur, wobei zumindest eine der Werkzeughälften beheizbar ist. Die beheizbare Werkzeughälfte ist als Werkzeugschale mit vorgegebener Schalendicke ausgebildet, deren Schaleninnenfläche die Gravur bildet und deren Schalenaußenfläche ein oder mehrere Heizelemente zum Erwärmen des Werkzeuges zugeordnet sind. An die Werkzeugschalen sind im Bereich der Außenfläche Stützelemente angeschlossen, welche die Werkzeugschalen gegen eine Umformeinrichtung abstützen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug für eine Umformvorrichtung zum Herstellen von Werkstücken aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung, mit zumindest zwei Werkzeughälften und einer formgebenden Gravur, wobei zumindest eine der Werkzeughälften beheizbar ist. - Bei dem Umformwerkzeug kann es sich beispielsweise um das Werkzeug einer Innenhochdruck-Umformeinrichtung handeln, in welcher beispielsweise ein hohler Rohling wirkmedienunterstützt zu einem Werkstück umgeformt wird.
• Grundsätzlich ist die Warmumformung und halbwarme Umformung von metallischen Werkstoffen und insbesondere Aluminium bekannt- Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass die verhältnismäßig große Masse der Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze das schnelle Aufheizen des Werkzeuges auf Produktionstemperatur sowie ein flexibles Ändern der Temperatur im Prozessablauf erschwert. Ferner lässt sich eine gewünschte Temperaturverteilung im Bereich der Gravur nur schwer mit der erforderlichen Genauigkeit einstellen. Soll beispielsweise eine möglichst homogene Temperaturverteilung innerhalb der Gravur eingestellt werden, so lässt sich dieses mit den herkömmlichen Systemen, z. B. mit Heizpatronen, kaum erreichen, da die Heizpatronen zumeist geradlinig im Bereich der Werkzeuge angeordnet sind bzw. das Werkzeug geradlinig durchlaufen, während der zu beheizende Gravurbereich beispielsweise bei der Umformung von hohlen Rohlingen im Wege der Innenhochdruckumformung eine gleichsam im Raum verlaufende gekrümmte Fläche bildet.
• Folglich ist der Abstand der verschiedenen Gravurbereiche zur Heizpatrone unterschiedlich, so dass regelmäßig eine inhomogene Temperaturverteilung im Bereich der Gravur entsteht. Darüber hinaus lässt sich eine gezielt inhomogene Temperaturverteilung in der Gravur mit den bekannten Systemen mit Heizpatrone ohnehin kaum einstellen. - Hier setzt die Erfindung ein.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umformwerkzeug für eine Umformeinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches eine zügige und exakte Einstellung einer gewünschten Temperatur bzw. Temperaturverteilung des Werkzeuges ermöglicht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einem Umformwerkzeug für eine Umformeinrichtung der eingangs beschriebenen Ausführungsform, dass die beheizbare Werkzeughälfte als Werkzeugschale mit vorgegebener Schalendicke ausgebildet ist, deren Schaleninnenfläche die Gravur bildet und deren Schalenaußenfläche ein oder mehrere Heizelemente zum Erwärmen des Werkzeuges zugeordnet sind. Mit der Schalenaußenfläche ist die der Gravur abgewandte Außenfläche der Werkzeugschale gemeint. Im Bereich dieser Außenflächen bzw. an oder auf den Außenflächen sind die Heizelemente zum Erwärmen der Werkzeughälften angeordnet. Handelt es sich bei den Werkzeughälften beispielsweise um ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil für eine Innenhochdruckumformeinrichtung zum Umformen rohrförmiger Rohlinge, so bilden die Werkzeughälften beispielsweise Halbzylinderschalen. Nach bevorzugter Ausführungsform sind an den Werkzeugschalen im Bereich der Außenflächen Stützelemente angeschlossen, welche die Werkzeugschalen gegen einen Werkzeughalter oder dgl. der Umformvorrichtung abstützen. Werkzeugschalen und Stützelemente sind dabei vorzugsweise einstückig ausgebildet. Die Stützelemente können aber auch als separate Bauteile gefertigt sein, welche an die Werkzeugschalen angeschlossen werden. Die Stützelemente können als beidseitig der Werkzeughälften und sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Werkzeughälften erstreckende Stützbalken ausgebildet sein. Beidseitig meint hier in den beiden Seitenbereichen der Werkzeughälften, aber jeweils außenseitig. Im Falle von Halbzylinderschalen sind die Stützbalken in etwa tangential an die Schalen angeschlossen, so dass sie in den beiden Seitenbereichen parallel zueinander verlaufen.
• Erfindungsgemäß wird folglich ein gleichsam massives Werkzeug bzw. werden massive Werkzeughälften durch ein bzw. mehrere schalenförmige Bauteile mit angeformten bzw. angeschlossenen Stützelementen ersetzt, welche wegen eines Hohlraumes bzw. einer Ausnehmung zwischen den Stützelementen bzw. Stützbalken eine vergleichsweise geringe Masse besitzen und sich demnach schneller auf die gewünschte Temperatur aufheizen lassen und zudem ein flexibles Ändern der Temperatur im Prozessablauf ermöglichen. Die Heizelemente sind insbesondere im Bereich dieser Ausnehmung an bzw. auf der Schalenaußenfläche angeordnet. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Werkzeugschalen als verhältnismäßig dünnwandige Schalen ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße schalenförmige Aufbau mit Stützelementen bzw. Stützverstrebungen ist wegen der z. B. beim Innenhochdruckumformen auftretenden vergleichsweise geringen Belastungen der Werkzeuge möglich, ohne dass es zu nennenswerten Stabilitätsverlusten kommt. Die Herstellung der Werkzeughälften kann z. B. durch Gießverfahren mit nachfolgender Feinbearbeitung durch konventionelle Fräsverfahren erfolgen.
• Darüber hinaus lassen sich im Rahmen der Erfindung insbesondere homogene Temperaturverteilungen innerhalb der Gravur mit hoher Genauigkeit einstellen. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Werkzeugschalen im Wesentlichen über die gesamte Breite und/oder die gesamte Länge eine im Wesentlichen konstante Schalendicke aufweisen. Dieses hat zur Folge, dass die auf oder an der Schalenaußenfläche angeordneten Heizelemente wegen der konstanten Schalendicke der Schalen zu allen Bereichen der Schaleninnenfläche, also der Gravur, einen im Wesentlichen gleichen Abstand aufweisen, so dass vergleichbare Wärmeübertragungsverhältnisse vorliegen. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die Heizelemente im Wesentlichen gleichmäßig auf der Schalenaußenfläche der Werkzeughälften verteilt sind.
• Darüber hinaus besteht aber im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, mit hoher Genauigkeit und auf einfache Weise gezielt inhomogene Temperaturverteilungen in der Gravur zu erzeugen. Dieses gelingt z. B., wenn die Werkzeugschalen über die Breite oder die Länge verteilte Bereiche unterschiedlicher Schalendicke aufweisen. Werden die Heizelemente bei einem solchen Aufbau über den ganzen Bereich mit konstanter Temperatur betrieben, so stellen sich im Bereich der Gravur, wegen der unterschiedlichen Schalendicke und der damit verbundenen unterschiedlichen Abstände zwischen Heizelement und Gravur, unterschiedliche Temperaturen innerhalb der Gravur des Umformwerkzeuges ein.
• In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkzeugschalen jeweils aus einer Mehrzahl von Schalensegmenten bestehen. Dementsprechend bestehen die Werkzeughälften jeweils aus einer Mehrzahl von Werkzeughälftensegmenten, die jeweils schalenförmig als Werkzeugschalen bzw. Schalensegmente aufgebaut sind und gegebenenfalls die erfindungsgemäßen Stützelemente aufweisen. Die Werkzeugsegmente bzw. Werkzeugschalensegmente werden im Zuge der Montage des Werkzeuges bzw. der Montage der Umformvorrichtung zusammengefügt, so dass sie gemeinsam die Werkzeughälften bilden. In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, dass die Werkzeugschalensegmente einer Werkzeugschale unterschiedliche Schalendicken aufweisen, so dass die Werkzeugschale über ihre Länge verteilte Bereiche unterschiedlicher Schalendicke aufweist.
• Insgesamt ermöglicht die Erfindung folglich das Einstellen sowohl homogener als auch inhomogener Temperaturverteilungen auf besonders einfache und schnelle Weise. Wegen des massereduzierten, schalenförmigen Aufbaus mit Stützelementen bzw. Verstrebungen wird zudem eine verbesserte Reaktionszeit bei Änderung der Solltemperatur erreicht.
• In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizelemente als zum Beispiel widerstandsbeheizte Heizdrähte oder Heizschleifen ausgebildet sind, welche auf bzw. an der Schalenaußenfläche befestigt sind. Diese sind vorzugsweise in in die Außenfläche der Werkzeugschalen bzw. Schalensegmente eingeformten Nuten eingesetzt. Derartige Nuten lassen sich im Rahmen der Fertigung verhältnismäßig einfach in die Werkzeugschalenaußenflächen einbringen. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten die Heizelemente oder die Nuten bzw. die darin eingesetzten Heizelemente gleichmäßig, z. B. in äquidistanten Reihen bzw. Schlangenlinien oder ungleichmäßig auf der Schalenaußenfläche zu verteilen. Die Heizelemente können in den Nuten beispielsweise adhäsiv befestigt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Nuten nach dem Einsetzen der Heizelemente zu verschließen, oder die Heizelemente in gleichsam geschlossene Heizkanäle einzuziehen. In diesem Zusammenhang besteht ferner die Möglichkeit, im Bereich der Schalenaußenflächen Heizbohrungen bzw. Heizkanäle vorzusehen, in welchen Heizmedien, z. B. erhitzte Gase oder Flüssigkeiten geführt sind.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 schematisch eine Umformeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug in einer perspektivischen Ansicht,
• Fig. 2 ausschnittsweise den Gegenstand nach Fig. 1 und
• Fig. 3 ausschnittsweise den Gegenstand nach Fig. 2.
• In den Figuren ist ein Umformwerkzeug 1 zum Herstellen von Werkstücken aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung dargestellt. Das Umformwerkzeug 1 besteht aus zwei Werkzeughälften 2 und einer formgebenden Gravur 3. Die beiden Werkzeughälften 2 sind beheizbar. Dabei sind diese beheizbaren Werkzeughälften 2 als Werkzeugschalen 4 mit vorgegebener Schalendicke D ausgebildet. Die Schaleninnenflächen 5 der Werkzeugschalen 4 bilden die Gravur 3, während im Bereich der Schalenaußenflächen 6 Heizelemente 7 zum Erwärmen des Werkzeuges 1 bzw. der Werkzeughälften 2 angeordnet sind.
• An die Werkzeugschalen 4 sind im Bereich der Schalenaußenfläche 6 jeweils zwei Stützelemente 8 angeschlossen, welche zwischen sich gleichsam eine Ausnehmung 12 bzw. Nut bilden. Dieses ist insbesondere in Fig. 2 erkennbar. Diese Stützelemente 8 stützen die Werkzeugschalen 4 gegen Werkzeughalter 9 der Umformvorrichtung ab. Dieses ist insbesondere in Fig. 1 erkennbar. Dabei sind die Stützelemente 8 als Stützbalken 8 ausgebildet, welche beidseitig der Werkzeugschalen 4 an die Werkzeugschalen angeschlossen sind und sich im Wesentlichen in Werkzeuglängsrichtung über die gesamte Länge L der Werkzeughälften 2 erstrecken. Fig. 1 zeigt, dass die Werkzeughälften 2 bzw. die Werkzeugschalen 4 jeweils aus drei Schalensegmenten 10 mit entsprechendem Stützbalken 8 bestehen, welche gemeinsam an die Werkzeughalter 9 angeschlossen sind. Dabei weisen die beiden Werkzeugschalen 4 über ihre Länge bzw. in Werkzeuglängsrichtung verteilte Bereiche unterschiedlicher Schalendicke D auf. Die beiden äußeren Schalensegmente 10 weisen im Wesentlichen über ihre gesamte Breite B und Länge L' eine in etwa konstante Schalendicke auf, während das mittlere Schalensegment 10 eine davon abweichende Schalendicke aufweisen kann. Dieses ist in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellt.
• Ferner ist in den Figuren erkennbar, dass die Heizelemente 7 als widerstandsbeheizte Heizdrähte oder Heizschleifen ausgebildet sind. Diese Heizdrähte bzw. Heizschleifen 7 sind in Nuten 11 eingesetzt, welche in die Außenflächen 6 der Werkzeugschalen 4 bzw. Schalensegmente 10 eingeformt sind. Diesbezüglich wird insbesondere auf Fig. 3 verwiesen welche ein aufgebrochenes Werkzeughälftensegment bzw. Schalensegment 10 in perspektivischer Darstellung zeigt. Danach sind die Heizdrähte 7 gleichsam schlangenlinienförmig auf der Außenfläche 6 des Schalensegmentes 10 angeordnet, wobei die einzelnen Heizdrahtabschnitte in etwa äquidistant angeordnet sind.

Claims (8)

1. Umformwerkzeug (1) zum Herstellen von Werkstücken aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung, mit zumindest zwei Werkzeughälften (2) und einer formgebenden Gravur (3), wobei zumindest eine der Werkzeughälften (2) beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbare Werkzeughälfte (2) als Werkzeugschale (4) mit vorgegebener Schalendicke (D) ausgebildet ist, deren Schaleninnenfläche (5) die Gravur (3) bildet und deren Schalenaußenfläche (6) ein oder mehrere Heizelemente (7) zum Erwärmen des Werkzeuges (1) zugeordnet sind.

2. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Werkzeugschalen (4) im Bereich der Außenfläche (5) Stützelemente (8) angeschlossen sind, welche die Werkzeugschalen (4) gegen eine Umformeinrichtung abstützen.

3. Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (8) als beidseitig der Werkzeugschalen (4) angeordnete und sich im Wesentlichen über die gesamte Länge (L) der Werkzeughälften (2) erstreckende Stützbalken (8) ausgebildet sind.

4. Umformwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschalen (4) im Wesentlichen über die gesamte Breite (B) und/oder die gesamte Länge (L) eine im Wesentlichen konstante Schalendicke (D) aufweisen.

5. Umformwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschalen (4) über die Breite oder die Länge verteilte Bereiche unterschiedlicher Schalendicke (D) aufweisen.

6. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschalen (4) jeweils aus einer Mehrzahl von Schalensegmenten (10) bestehen.

7. Umformwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (7) als Heizdrähte oder Heizschleifen ausgebildet sind.

8. Umformwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrähte (7) oder Heizschleifen (7) in in die Außenflächen (6) der Werkzeugschalen (4) eingeformten Nuten (11) eingesetzt sind.