DE102004042706B3

DE102004042706B3 - Werkzeug zum Thixoschmieden

Info

Publication number: DE102004042706B3
Application number: DE200410042706
Authority: DE
Inventors: Christophe Dipl.-Ing. Beyer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) zur Herstellung eines Bauteils (2) durch Thixoschmieden eines Rohlings (3). Das Werkzeug umfasst eine obere und eine untere Werkzeughälfte (4, 5), von denen jede ein formgebendes Werkzeugteil (7, 14) trägt. Auf der oberen und/oder der unteren Werkzeughälfte (4, 5) sind randseitige Stege (18) vorgesehen, welche fest mit der jeweiligen Werkzeughälfte (4, 5) verbunden sind und die beim Absenken der oberen Werkzeughälfte (4) in einer solchen Weise mit der gegenüberliegenden unteren Werkzeughälfte (5) zusammenwirken, dass ein geschlossener Hohlraum (30) gebildet wird, so dass ein Entweichen des thixotropen Werkstoffs des zu schmiedenden Rohlings (3) während des Schmiedeprozesses vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils durch Thixoschmieden eines Rohlings nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der (unveröffentlichten Patentanmeldung 10346265.1-14) als bekannt hervorgeht.

Unter „Thixoschmieden" versteht man ein Verfahren zum Schmieden eines Bauteils aus einem Rohling, der sich in einem halbfesten Zustand zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur befindet. Bei diesem Verfahren wird der Rohling zunächst auf eine Temperatur T_Thixo erwärmt, bei der ein ausreichend hoher Flüssigphasenanteil vorliegt und bei der der Rohling bei globularem Gefüge ein scherratenentfestigendes Verhalten zeigt. Anschließend wird aus dem erwärmten Rohling in einem Schmiedewerkzeug das gewünschte Bauteil geformt.

Aus der DE 198 14 487 A1 ist bekannt, dass beim Thixoschmieden ein vollständiges Schließen der abbildenden Hohlform des Schmiedewerkzeugs notwendig ist; ein Schmiedewerkzeug, das diese Anforderungen erfüllt, ist in der gattungsbildenden (unveröffentlichten Patentanmeldung 10346265.1-14) gezeigt. Es umfasst zwei Werkzeughälften, von denen jede einen Gesenkgrundkörper mit einem formgebenden Werkzeug enthält; die formgebenden Werkzeuge bestehen aus einem Keramikwerkstoff und sind von Armierungsringen umschlossen. Das formgebende Werkzeug der oberen Werkzeughälfte ist starr mit dem oberen Gesenkgrundkörper verbunden. Das formgebende Werkzeug der un teren Werkzeughälfte ist mehrteilig ausgestaltet und umfasst einen starr mit dem unteren Gesenkgrundkörper verbundenen Unterstempel und einen den Unterstempel ringförmig umgebenden Einsatz, der verschiebbar gegenüber dem Unterstempel gelagert ist; eine Gasfeder drückt den Einsatz in Richtung des oberen Gesenkgrundkörpers. Wird während des Schmiedevorgangs die obere Werkzeughälfte in Richtung der unteren Werkzeughälfte abgesenkt, so trifft das obere formgebende Werkzeug zunächst auf den Einsatz, wodurch der Hohlraum des Schmiedegesenks formschlüssig und dicht geschlossen wird. Beim weiteren Absenken der oberen Werkzeughälfte drückt das obere formgebende Werkzeug den Einsatz gegen die Kraft der Gasfeder zurück, bis die obere Werkzeughälfte vollständig abgesenkt und der Schmiedeprozess abgeschlossen ist. Durch die Auftrennung des unteren formgebenden Werkzeugs in einen festen Teil (den Stempel) und einen federgetriebenen beweglichen Teil (den Einsatz) kann somit ein Schmiedevorgang realisiert werden, bei dem der Hohlraum des Schmiedewerkzeugs vollständig geschlossen werden kann, bevor das obere formgebende Werkzeug mit dem zu schmiedenden thixotropen Rohling in Kontakt kommt. Dies bewirkt, dass der halbflüssige Werkstoff des Rohlings nicht aus dem Werkzeug entweichen kann und gewährleistet somit ein spritzerfreies Thixoschmieden.

Das in der (unveröffentlichten Patentanmeldung 10346265.1-14) gezeigte Schmiedeverfahren hat allerdings den Nachteil, dass es eine Gasfeder benötigt. Die Verwendung einer solchen Gasfederung ist einerseits mit hohen Kosten verbunden; andererseits sind Gasfedern temperaturempfindlich, dürfen also eine Temperatur von etwa 70° C nicht überschreiten. Um jedoch ein gutes Schmiedeergebnis zu erreichen, sollte das Schmiedegesenk auf mindestens 200° C erwärmt werden, damit der zu schmiedende Rohling während des Schmiedevorgangs möglichst lange im halbflüssigen, kraftarm umzuformenden Gefügezustand bleibt; dies ist mit dem gattungsgemäßen Schmiedewerkzeug nur mit großen Schwierigkeiten möglich und erfordert eine aufwendige Temperaturisolation der Gasfeder gegenüber den formgebenden Werkzeugteilen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Werkzeug zum Thixoschmieden bereitzustellen, mit dem Bauteile hoher Qualität hergestellt werden können, wobei das Werkzeug während des Schmiedevorgangs vollständig geschlossen sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach sind in beiden Werkzeughälften alle formgebenden Werkzeugteile starr mit dem jeweiligen (oberen oder unteren) Gesenkgrundkörper verbunden. Die formgebenden Werkzeugteile können dabei entweder einteilig ausgebildet sein oder aber einen starren Verbund bilden. Die obere und/oder die untere Werkzeughälfte ist im Randbereich mit Stegen versehen, die beim Absenken der oberen Werkzeughälfte in einer solchen Weise mit der gegenüberliegenden Werkzeughälfte zusammenwirken, dass ein geschlossener Hohlraum gebildet wird, so dass ein Entweichen des thixotropen Werkstoffs des zu schmiedenden Rohlings während des Schmiedeprozesses vermieden wird.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des Schmiedewerkzeugs erfolgt der Schmiedeprozess ein einem geschlossenen Hohlraum, ohne dass hierfür Gasfedern im Schmiedewerkzeug vorgesehen zu sein brauchen. Im Vergleich zum Stand der Technik ist das Schmiedegesenk somit wesentlich preiswerter zu realisieren. Weiterhin zeigt das Schmiedewerkzeug eine minimale Temperaturempfindlichkeit. Daher kann das Schmiedewerkzeug ohne besondere Zusatzmaßnahmen auf 200° – 250° C (oder noch höhere Temperaturen) vorgewärmt werden. Durch eine solche Erwärmung des Schmiedewerkzeugs wird erreicht, dass der umzuformende Rohling während des Schmiedevorgangs lange im teigigen (thixotropen) Zustand bleibt und daher kräftearm umgeformt werden kann. Weiterhin wird bei Verwendung eines erwärmten Gesenks die Gefahr von Rissen, Poren und Lunkern auf der Oberfläche des geschmiedeten Bauteils stark reduziert, so dass hochwertige Bauteile mit guter Oberflächenqualität hergestellt werden können. Außerdem kann das erfindungsgemäße Schmiedewerkzeug – aufgrund seiner geringen Wärmeempfindlichkeit – in einem Ofen erwärmt werden, so dass die Erwärmung sehr einfach und ohne Zusatzmaßnahmen erfolgen kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist nur eine Werkzeughälfte – aus Gewichtsgründen vorzugsweise die untere (stationäre) Werkzeughälfte – mit einem umlaufenden Steg versehen. Die Innenwand dieses Stegs wirkt in einer solchen Weise mit der Außenwand des formgebenden Werkzeugteils der gegenüberliegenden Werkzeughälfte – also vorzugsweise der oberen formgebenden (hubbewegten) Werkzeughälfte – zusammen, dass beim Schließen des Werkzeugs die Innenwand des Stegs mit der Außenwand des oberen formgebenden Werkzeugteils überlappt. Dabei wird im Werkzeuginneren ein geschlossener Hohlraum gebildet, dessen Wände durch die Innenwand des Stegs und die Funktionsflächen des unteren und des oberen Werkzeugsteils gebildet werden. Der Steg muss dabei so weit in Richtung des gegenüberliegenden Werkzeugs hervorkragen, dass der Hohlraum geschlossen ist, bevor der Schmiedeprozess beginnt, bevor also die obere Werkzeughälfte mit dem in das Werkzeug eingelegten Rohling in Berührung kommt. Die Höhe des Stegs muss daher an die Länge des Schmiedrohlings angepasst sein.

Wird das Werkzeug zum Thixoschmieden von Stahl verwendet, so besteht der Steg vorteilhafterweise aus einem Hartmetall, der eine hohe Temperaturbeständigkeit und ein hohes E-Modul besitzt und somit hohe thermische und mechanische Belastungen aufnehmen kann. Dieser Hartmetallsteg ist von außen mit einem Armierungsring aus einem Warmarbeitsstahl versehen, der eine hohe Zugfestigkeit aufweist und daher die auf den Steg wirkenden Kräfte wirksam kompensieren kann. Um zu vermeiden, dass beim Eintauchen des oberen formgebenden Werkzeugteils die Innenwandung des Stegs Schaden nimmt, ist der Steg bereichsweise (insbesondere im Bereich des Stegrandes) mit einem Innenring aus einem Warmarbeitsstahl versehen. Auf diese Weise können Brüche bzw. Risse im Hartmetallsteg auch dann wirksam vermieden werden, wenn während des Eintauchens der oberen Werkzeughälfte in die untere Werkzeughälfte Vibrationen, Verschiebungen etc. der oberen Werkzeughälfte auftreten. – Wird das Werkzeug zum Thixoschmieden von Leichtmetallen verwendet, zu dem wesentlich geringere Temperaturen erforderlich sind, kann der Steg aus einem Warmarbeitsstahl bestehen, und auf die Armierungen kann verzichtet werden.

Die formgebenden Werkzeugteile bestehen zweckmäßigerweise abschnittsweise aus einer Keramik oder sind zumindest im Bereich ihrer Funktionsflächen mit Keramikeinsätzen versehen. Dieser Werkstoff hat den Vorteil, dass er auch bei hohen Prozesstemperaturen eine hohe Druckfestigkeit, hohe Thermoschockbeständigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, geringen abrasiven und erosiven Verschleiß und eine geringe Wärmeausdehnung zeigt.

Die Verwendung keramischer Werkzeugteile ist insbesondere von Vorteil beim Thixoschmieden von Stahl, wo Prozesstemperaturen von ca. 1300° – 1600° C benötigt werden. Weiterhin weist teilflüssiger Stahl eine geringe Kleb- und Haftneigung und vernachlässigbar geringe chemische Wechselwirkungen gegenüber Keramik auf. Vorteilhafterweise wird ein Keramikwerkstoff mit geringer thermischer Leitfähigkeit gewählt, so dass während des Schmiedens nur eine geringe Wärmeabfuhr vom Rohling ins Werkzeug auftritt, so dass der Schmiedeprozess auf einer hohen Temperatur erfolgt, was die Oberflächenqualität des Schmiedeteils vorteilhaft beeinflusst.

Als besonders vorteilhaft hat sich bei der Gestaltung der formgebenden Werkzeugteile die Verwendung von Si₃N₄ erwiesen, welches sich durch sehr gute thermomechanische Eigenschaften, hohe Härte und Festigkeit auch bei hohen Temperaturen, hohen Verschleißwiderstand und sehr gutes Thermoschockverhalten auszeichnet; alternativ können auch andere Keramiken mit geringer Porosität, wie z.B. Al₂O₃, ZrO₂ etc. oder auch poröse Keramiken wie z.B. AlTiO₅ eingesetzt werden, die niedrigere Materialkosten aufweisen.

Keramiken sind zwar sehr druckbeständig, sind aber nur sehr bedingt plastisch verformbar. Um die während des Schmiedens in den formgebenden Werkzeugteilen auftretenden Zugspannungen zu kompensieren, werden die keramischen Werkzeugteile daher mit Armierungsringen aus Hartmetall oder aus Stahl versehen, die die auftretenden Zugspannungen konstruktiv in Druckspannungen umwandeln.

Vorteilhafterweise ist mindestens eines der formgebenden Werkzeugteile mehrteilig ausgebildet und umfasst einen keramischen Stempel, den ein Ringkörper aus einer Keramik oder einem Hartmetall umgibt. Zur Herstellung des formgebenden Werkzeugteils wird der Stempel in den Ringkörper eingeschrumpft. Auf den Ringkörper des formgebenden Werkzeugteils wird anschließend ein Armierungsring aus einem Hartmetall und/oder einem Warmarbeitsstahl aufgeschrumpft bzw. eingepresst. Durch diese Presspassung steht der Armierungsring ständig unter Zugspannung, während der Stempel und der Ring körper ausschließlich Druckspannungen ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird die Riss- bzw. Bruchgefahr der keramischen Werkzeugteile reduziert und die Werkzeuglebensdauer positiv beeinflusst.

Zweckmäßigerweise ist mindestens eines der formgebenden Werkzeugteile und/oder mindestens ein Armierungsring mit einer Wärmeisolationsschicht versehen. Eine solche Wärmeisolationsschicht schützt die formgebenden Werkzeugteile vor übermäßiger Thermoschockbeanspruchung; weiterhin reduziert sie die Wärmeabfuhr des in das Werkzeug eingelegten thixotropen Rohlings und stellt somit sicher, dass sich der Rohling möglichst lange (vorzugsweise während des gesamten Schmiedevorgangs) im thixotropen Zustand befindet.

Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, das Werkzeug mit Beheizungsmitteln zu versehen. Auf diese Weise können Temperaturgradienten zwischen dem Werkzeug und dem eingelegten thixotropen Rohling weiter reduziert werden, was eine verzögerte Erstarrung des Rohlings und verbesserte Werkstoffeigenschaften des fertigen Bauteils zur Folge hat. Alternativ können die formgebenden Werkzeugteile vor der Zuführung des Rohlings mit einem heißen Gasstrom angeströmt werden, oder in das Werkzeug kann durch einen eingelegten Heizkörper erwärmt werden.

Vorteilhafterweise erfolgt der Schmiedevorgang unter einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere Argon. Dadurch wird die Randoxidation des thixotropen Rohlings unterbunden, und Fehlstellen des fertigen Bauteils aufgrund von eingeschmiedeter Oxidhaut etc. wird vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

1a ein erfindungsgemäßes Werkzeug in geöffnetem Zustand, vor Einlegen eines umzuformenden Rohlings;

1b das Werkzeug der 1a während des Absenkens der oberen Werkzeughälfte und

1c das Werkzeug der 1a in geschlossenem Zustand, nach Beendigung des Schmiedeprozesses.

1a zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug 1 zur Herstellung eines Nabenteils 2 durch Thixoschmieden eines Rohlings 3 aus Stahl. Das Werkzeug 1 umfasst eine obere Werkzeughälfte 4, die an einem (in 1a nicht gezeigten) Stößel einer Schmiedepresse befestigt werden kann, und eine untere Werkzeughälfte 5, die auf einer (in 1a nicht gezeigten) Grundplatte dieser Schmiedepresse befestigt werden kann.
Die obere Werkzeughälfte 4 umfasst einen in 1a schematisch dargestellten oberen Gesenkgrundkörper 6 und ein oberes formgebendes Werkzeugteil 7. Das obere formgebende Werkzeugteil 7 ist mehrstückig ausgebildet und besteht aus einem keramischen Oberstempel 8, der von einem ersten Ringkörper 9 aus einem Hartmetall umgeben ist; der erste Ringkörper 9 ist seinerseits ringförmig von einem zweiten Ringkörper 10 aus einem Hartmetall oder einem Warmumformstahl umschlossen. Ein oberer Armierungsverband 11, 12 aus einem einem Warmarbeitsstahl umspannt den zweiten Ringkörper 10 von außen.
Zur Herstellung der oberen Werkzeughälfte 4 wird als erstes der keramische Oberstempel 8 in den ersten Ringkörper 9 aus Hartmetall eingeschrumpft. Anschließend wird der zweite Ringkörper 10, der eine leicht konische Innenfläche 10a aufweist, von unten (d.h. entgegen der in 1a durch einen Pfeil 23 angedeuteten Schließrichtung des Werkzeugs 1) über den ersten Ringkörper 9, der eine leicht konische Außenfläche 9a aufweist, eingepresst. Dann wird der erste stählerne Armierungsring 11 aufgeschrumpft, worauf der zweite stählerne Armierungsring 12 von unten über den ersten Armierungsring 11 eingepresst wird.
Die untere Werkzeughälfte 5 umfasst einen in 1a schematisch dargestellten unteren Gesenkgrundkörper 13 und ein unteres formgebendes Werkzeugteil 14. Das untere formgebende Werkzeugteil 14 besteht aus einem keramischen Unterstempel 15, der von einem unteren Ringkörper 16 aus einem Keramikwerkstoff umgeben ist; dieser erste Ringkörper 16 ist seinerseits ringförmig von einem inneren Armierungsring 17 aus einem Hartmetall umschlossen. Der innere Armierungsring 17 ragt in Richtung der oberen Werkzeughälfte 4 über das untere formgebende Werkzeugteil 14 vor und bildet einen Steg 18 aus Hartmetall, der das untere formgebende Werkzeugteil 14 ringförmig umgibt. Dieser innere Armierungsring 17 ist von einem äußeren Armierungsring 19 aus Stahl umgeben, der auf den inneren Armierungsring 17 aufgepresst ist. Im Bereich seines Randes 20 ist der Steg 18 mit einem Innenring 21 aus Stahl versehen, der die Innenwand 22 des Stegs 18 im Randbereich 20 auskleidet.
Zur Herstellung der unteren Werkzeughälfte 5 wird zunächst der Unterstempel 15 in den unteren Ringkörper 16 eingelegt; der Unterstempel 15 und der Ringkörper 16 sind ohne Übermaß gefertigt, so dass der Ringkörper 16 kraftarm über den Unterstempel 15 gestreift werden kann. Anschließend wird der innere Armierungsring 17 aus Hartmetall aufgeschrumpft, wodurch der keramische Ringkörper 16 komprimiert wird und zwischen Unterstempel 15 und Ringkörper 16 eine feste Verbindung hergestellt wird. In einem nächsten Schritt wird der stählerne Innenring 21 randseitig in den Steg 18 des Hartmetall-Armierungsrings 17 eingepresst. Schließlich wird auf den bestehenden Verband 14, 17, 21 von oben (d.h. in Schließrichtung 23 des Werkzeugs 1) der äußere Armierungsring 19 aus Stahl aufgepresst, der von außen zusätzliche Druckspannungen auf das keramische formgebende Werkzeugteil 14 und den inneren Armierungsring 17 ausübt. Um ein solches Einpressen zu ermöglichen, sind die Innenfläche 19a des äußeren Armierungsrings 19 und die Außenfläche 17a des inneren Armierungsrings 17 leicht konisch gestaltet.
Durch diesen Aufbau der Werkzeughälften 4, 5 aus Einzelteilen, die Überlappungsmaße aufweisen und aufeinander aufgeschrumpft werden bzw. konisch gestaltet sind und ineinander eingepresst werden, werden in den Werkzeughälften 4, 5 von außen nach innen wachsende Druckspannungen aufgebaut, die eine hohe Stabilität der formgebenden Werkzeugteile 7, 14 zur Folge haben.
Im folgenden wird anhand der 1a bis 1c der Ablauf beim Thixoschmieden des Nabenteils 2 aus dem Rohling 3 beschrieben:
Zunächst wird der Rohling 3 in die untere Werkzeughälfte 5 eingelegt (Pfeil 24 in 1a). Hierzu muss das Werkzeug 1 so weit geöffnet werden, dass zwischen der Unterseite 26 des oberen formgebenden Werkzeugteils 7 und dem Stegrand 20 ein Abstand 27 vorliegt, der größer ist als eine Länge 25 des Rohlings 3. Anschließend wird die obere Werkzeughälfte 4 abgesenkt (Pfeilrichtung 23); dabei verringert sich der Abstand 27 zwischen der Unterseite 26 der oberen Werkzeughälfte 4 und dem Stegrand 20 der unteren Werkzeughälfte 5, bis schließlich das obere formgebende Werkzeugteil 7 in den Innenraum 28 des Stegs 28 eintaucht (siehe 1b). Dabei wird zwischen der Unterseite 26 des oberen formgebenden Werkzeugteils 7, einer Oberseite 29 des unteren formgebenden Werkzeugteils 14 und der Steginnenwand 22 ein geschlossener Hohlraum 30 erzeugt, in dem der Rohling 3 eingeschlossen ist. Zwischen der Innenwand 22 des Stegs 18 und der Außenwand 33 des oberen formgebenden Werkzeugteils 7 liegt dabei ein Spalt 34 vor, der typischerweise ein paar Zehntel Millimeter beträgt. Um sicherzustellen, dass der Schmiedeprozess bei geschlossenem Hohlraum 30 erfolgt, weist der Steg 18 eine Höhe 31 auf, die in einer solchen Weise an die Länge 25 des Rohlings 3 angepasst ist, dass die Unterseite 26 des oberen formgebenden Werkzeugteils 7 erst dann mit dem Rohling 3 in Berührung kommt, wenn der Hohlraum 30 geschlossen ist. Als „geschlossen" wird der Hohlraum 30 in diesem Zusammenhang erst dann bezeichnet, wenn die Überdeckung 32 der Innenwand 22 des Stegs 18 mit der Außenwand 33 des oberen formgebenden Werkzeugteils 7 mindestens einige Millimeter beträgt, so dass sichergestellt ist, dass kein Rohlingswerkstoff aus dem Hohlraum 30 entweichen kann.
Beim weiteren Absenken der oberen Werkzeughälfte 4 wird zwischen den formgebenden Werkzeugteilen 7, 14 das Nabenteil 2 ausgeformt (siehe 1c). Nach Beendigung des Schmiedevorgangs wird das Werkzeug 1 geöffnet und das fertige Nabenteil 2 mit Hilfe eines im Unterstempel 15 geführten Auswerfers 35 aus dem unteren formgebenden Werkzeugteil 14 ausgestoßen.
Im Ausführungsbeispiel der 1a bis 1c ist ein Werkzeug 1 mit einem Steg 18 gezeigt, der die formgebenden Werkzeugteile 14 der unteren Werkzeughälfte 5 als geschlossener Ring umgibt. Alternativ kann der Steg auch auf der oberen Werkzeughälfte 5 vorgesehen sein; oder der Steg kann aus mehreren Einzelteilen bestehen, die (wechselseitig) auf der oberen und der unteren Werkzeughälfte 4, 5 vorgesehen sind und die beim Schließen des Werkzeugs 1 in einer solchen Weise zusammenwirken, dass der geschlossene Hohlraum 30 geschaffen wird.
Um ein kräftearmes Ausformen des Nabenteils in hoher Qualität sicherzustellen, muss der Rohling 3 während eines möglichst großen Zeitabschnitts des Schmiedevorgangs im thixotropen Zustand, also auf einer Temperatur oberhalb der Soliduslinie, vorliegen. Um ein zu schnelles Abkühlen des Rohlings 3 zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass das Werkzeug 1 dem Rohling 3 möglichst wenig Wärme entzieht. Dies kann erreicht werden, indem die formgebenden Werkzeugteile 7, 14 vor dem Einlegen des Rohlings 3 auf eine möglichst hohe Temperatur gebracht werden, so dass die Temperaturdifferenz zwischen dem thixotropen Rohling 3 und den formgebenden Werkzeugteilen 7, 14 möglichst gering ist. Zur Erwärmung kann das Werkzeug 1 als Ganzes in einem Ofen aufgeheizt werden. Alternativ können die formgebenden Werkzeugteile 7, 14 mit Hilfe eines (in 1a gestrichelt angedeuteten) Heizkörpers 35 erwärmt werden, der zwischen zwei Schmiedevorgängen in die Werkzeugteile 4, 5 eingelegt wird und aus dem Werkzeug 1 entnommen wird, bevor der umzuformende Rohling 3 in das Werkzeug 1 eingeführt wird.
Um die formgebenden Werkzeugteile 7, 14 auf einer erhöhten Temperatur zu halten und um zu vermeiden, dass die dort gespeicherte Wärme schnell an die Umgebung abgegeben wird, können die formgebenden Werkzeugteile 7, 14 bzw. einzelne Armierungsringe weiterhin mit Wärmeisolationsschichten 37, 38, 39 versehen werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 1 eignet sich zur Herstellung unterschiedlicher Schmiede-Werkstücke, insbesondere von Werkstücken hoher Komplexität, die aus thixotropen Rohlingen aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise aus Stahlwerkstoffen oder aus Leichtmetalllegierungen geschmiedet werden.

Claims

Werkzeug (1) zur Herstellung eines Bauteils (2) durch Thixoschmieden eines Rohlings (3), – mit einer oberen Werkzeughälfte (4), die einen oberen Gesenkgrundkörper (6) und ein starr mit dem Gesenkgrundkörper verbundenes oberes formgebendes Werkzeugteil (7) umfasst, – und mit einer unteren Werkzeughälfte (5), die einen unteren Gesenkgrundkörper (13) und ein unteres formgebendes Werkzeugteil (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, – dass das formgebende Werkzeugteil (14) der unteren Werkzeughälfte (5) einteilig ausgebildet ist oder einen starren Verbund bildet (15, 16), – und dass die obere Werkzeughälfte (4) und/oder die untere Werkzeughälfte (5) Stege (18) umfasst, welche fest mit der jeweiligen Werkzeughälfte (4, 5) verbunden sind und welche in einer solchen Weise mit der gegenüberliegenden Werkzeughälfte (5, 4) zusammenwirken, dass die Werkzeughälften (4, 5) beim Schließen des Werkzeugs (1) einen geschlossenen Hohlraum (30) bilden.
Werkzeug (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine der Werkzeughälften (5) einen umlaufenden Steg (18) umfasst, dessen Innenwand (22) in einer solchen Wei se mit einer Außenwand (33) des formgebenden Werkzeugteils (7) der gegenüberliegenden Werkzeughälfte (4) zusammenwirkt, dass die Innenwand (22) des Stegs (18) zusammen mit Funktionsflächen (26, 29) der formgebenden Werkzeugteile (7, 14) beim Schließen des Werkzeugs (1) einen geschlossenen Hohlraum (30) bilden.
Werkzeug (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (31) des Stegs (18) in einer solchen Weise auf eine Länge (25) des umzuformenden Rohlings (3) angepasst ist, dass beim Schließen des Werkzeugs (1) der geschlossene Hohlraum (30) erzeugbar ist, ohne dass der in das Werkzeug (1) eingelegte Rohling (3) mit der oberen Werkzeughälfte (4) in Berührung kommt.
Werkzeug (1) nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18) aus einem Hartmetall besteht und zumindest bereichsweise mit einem äußeren Armierungsring (19) aus Stahl versehen ist.
Werkzeug (1) nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18) aus Hartmetall besteht und im Bereich eines Stegrandes (20) mit einem Innenring (21) aus Stahl versehen ist.
Werkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (8, 15, 16) der formgebenden Werkzeugteile (7, 14) aus einer Keramik, vorzugsweise aus Si₃N₄, bestehen.
Werkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der formgebenden Werkzeugteile (7, 14) durch einen dieses Werkzeugteil (7, 14) umgebenden Armierungsring (11, 12, 19) aus einem Hartmetall oder aus Stahl vorgespannt ist.
Werkzeug (1) nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der formgebenden Werkzeugteile (7, 14) mehrteilig ausgebildet ist und einen Stempel (8, 15) aus einer Keramik und einen diesen Stempel (8, 15) umgebenden Ringkörper (9, 16) aus einem Hartmetall oder aus einer Keramik umfasst.
Werkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein formgebendes Werkzeugteil (14) und/oder mindestens ein Armierungsring (11, 17) mit einer Wärmeisolationsschicht (37, 38, 39) versehen ist.
Werkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Beheizungsmittel (36) zur Erwärmung des Werkzeugs (1) vorgesehen sind.