DE102005034924A1

DE102005034924A1 - Heisswerkzeugreinigungssystem für eine Zelle zur schnellplastischen Formung

Info

Publication number: DE102005034924A1
Application number: DE102005034924A
Authority: DE
Inventors: Richard H. Utica Hammar; Gary A. Troy Kruger; James G. Troy Schroth; Edward W. Clarkston Bennett; Curtis L. Brighton Shinabarker
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: US20060021408A1; DE102005034924B4; US7204110B2

Abstract

Eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von Metallablagerungen von Formoberflächen von Metallformwerkzeugen, während sich die Werkzeuge in einer Presse befinden und bei hohen Temperaturen arbeiten. Die Reinigungsvorrichtung umfasst einen programmierbaren Positionierer, der einen Roboterarm mit einem Effektor, der einen Bürstenaufbau trägt, aufweist. Der Bürstenaufbau umfasst einen Drehantriebsmotor, der eine Metalldrahtbürste drehbar trägt. Die Bürste weist eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Borsten aus unlegiertem Kohlenstoffstahl auf, die Enden aufweisen, welche derart ausgebildet sind, dass sie Metallablagerungen von den Formoberflächen der Werkzeuge entfernen. Der Positionierer bewirkt, dass sich die drehbare Drahtbürste auf einem vorbestimmten Pfad, der die Bürste mit den Formoberflächen der Werkzeuge in Eingriff bringt, bewegt, um Metallablagerungen von den Formoberflächen zu kehren und diese zu reinigen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft die Technik des Reinigens von Heissformwerkzeugen und spezieller neue und verbesserte Prozesse für das rasche und verunreinigungsfreie Reinigen von Metallablagerungen von heißen Arbeitsoberflächen von Werkzeugen zur schnellplastischen Formung, um die Produktion von geformten Blechteilen mit qualitativ hochwertigen Sichtoberflächen zu steigern.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Superplastische und schnellplastische Formungstechniken setzen Anlagen ein, in denen ein duktiler Metallrohling aus geeignetem metallischen Material zwischen Formoberflächen eines Paars Heißwerkzeugen erwärmt und gestreckt wird, um ein geformtes Element einer gewünschten Form zu erzeugen. Wenn der Rohling zwischen den Formoberflächen der Werkzeuge gestreckt wird, können sich Metallpartikel von dem Rohling auf den Formoberflächen der Werkzeuge sammeln. Im Laufe der Zeit kann die Ansammlung von Metallpartikeln auf den Formoberflächen der Werkzeuge bewirken, dass Vertiefungen und andere Unregelmäßigkeiten auf den Sichtoberflächen des geformten Elements auftreten, die erfordern, dass das Element aussortiert oder manuell repariert wird.

Derzeitige Verfahren zum Entfernen von solch einer Metallablagerung erfordern, dass die Werkzeuge auf Raumtemperatur abgekühlt und manu ell abgeschliffen werden müssen, was zu einem Stillstand der Produktion führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Reinigungsvorrichtung bereit, die dazu dient, Metallablagerungen von Formoberflächen erwärmter Formwerkzeuge zu entfernen, während die Werkzeuge wirksam in eine Presse montiert sind und zwischen offenen und geschlossenen Positionen bewegbar sind, um den Stillstand der Produktion zu minimieren.

Die Reinigungsvorrichtung umfasst einen programmierbaren Positionierer, der programmiert ist, um eine rotierende Bürste entlang Formoberflächen von Formwerkzeugen zu bewegen. Der Positionierer umfasst einen Roboterarm, der sich von einer Basis erstreckt. Der Arm weist einen Effektor auf, der einen Bürstenaufbau trägt, welcher einen Drehantriebmotor wie beispielsweise einen Elektromotor oder einen Luftdruckmotor umfasst, der dazu dient, eine zylinderförmige Drahtbürste mit Drehzahlen von größer als 1000 Umdrehungen pro Minute oder einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 1,524 Meter pro Sekunde (5 Fuß pro Sekunde) zu drehen.

In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Drahtbürste einen Durchmesser von 152,4 mm (6 Zoll) auf und erstreckt sich axial zwischen 25,4mm (1 Zoll) und 152,4 mm (6 Zoll). Die Bürste weist eine Vielzahl an Drahtborsten auf, die aus kohlenstoffarmem Stahl gebildet sind und sich radial zu dem äußeren Durchmesser der Bürste erstrecken. Jede Borste weist einen Querschnittsdurchmesser von weniger als 0,381 mm (0,015 Zoll) und ein Ende mit einer scharfen Kante (nicht abgerundet) oder einer Spitze auf, um die Fähigkeit der Bürste, Metallpartikel von den Formoberflächen der Werkzeuge zu entfernen, zu maximieren.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bestimmten speziellen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine bildhafte Ansicht einer geöffneten Formpresse mit Formwerkzeugen, die durch eine Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gereinigt werden sollen;
2 ist eine bildhafte Ansicht der Reinigungsvorrichtung und eines Werkzeugs aus 1, wobei die umgebende Formpresse entfernt ist; und
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Bürstendrehung über der Richtung von Metallpartikellinien auf der Oberfläche eines Formwerkzeugs zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 der Zeichnung im Detail bezeichnet Bezugszeichen 10 im Allgemeinen eine Elementformungsarbeitsstation, die eine Formpresse 11 umfasst. Die Presse 11 umfasst eine untere Aufspannplatte 12, auf die ein unteres Stahlformwerkzeug 14 montiert ist, und eine sich anhebende und senkende Stößelplatte 16, die ein oberes Stahlformwerkzeug 20 trägt. Beide Platten 12, 20 werden elektrisch erwärmt, um in dem Werkzeug und den Blechrohlingen 22 für eine superplastische Formung oder eine schnellplastische Formung erforderliche Wärmeenergieniveaus herzustel len, wie es in der Technik bekannt ist. Wenn es gewünscht wird, können die Metallrohlinge 22 vorgewärmt werden, bevor sie in die Presse 11 eingelegt werden.
Die Stößelplatte 16 wird durch Hydraulikzylinder 24 bewegt, um die Stößelplatte zyklisch aus einer offenen Position zum Einlegen von Rohlingen in eine geschlossene Rohlingformungsposition und dann zurück in die offene Position zum Entfernen des geformten Teils, die in 1 gezeigt ist, zu bewegen.
Die Rohlinge 22, die in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden, sind abgeflachte Bleche aus einer Aluminiumlegierung, die mit einem Trockenschmiermittel 26 wie beispielsweise Bornitrid beschichtet sind. Das Schmiermittel 26 wirkt als ein Trennmittel, um zu verhindern, dass das geformte Element 28 an den Formwerkzeugen 14, 20 haftet, und um das Strecken und die Formung des Teils während des Formungsbetriebs zu verbessern.
Wenn es gewünscht wird, können optional CO₂-Reinigungsgeräte, wie sie z.B. in dem US-Patent 6,516,645 gezeigt sind, periodisch verwendet werden, um Schmiermittelansammlungen, die sich auf den Formoberflächen der Rohlinge 14, 20 sammeln, zu beseitigen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Reinigungsvorrichtung 32 bereit, die einen programmierbaren Positionierer in Form eines Roboters 34 und einen Bürstenaufbau 35 umfasst. Jede andere geeignete Form eines programmierbaren Positionierers kann, wenn sie geeignet ist, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung an die Stelle des Roboters gesetzt werden.
Der Roboter 34 umfasst eine Basis 36, die einen Gelenkarm 38 mit einem Effektor oder Halter 40, der den Bürstenaufbau 35 trägt, trägt, wie es am besten in 2 und 3 gezeigt ist. Der Bürstenaufbau 35 umfasst einen Drehantriebmotor 44, der von jedem geeigneten Typ sein kann, wie beispielsweise elektrisch oder fluidgetrieben. Derzeit wird ein Luftdruckmotor bevorzugt, da die antreibende Luft dazu beiträgt, den Motor zu kühlen. Der Antriebsmotor 44 weist eine sich axial erstreckende Antriebswelle 46 mit einem distalen Ende auf, das eine zylinderförmige Bürste 48 trägt. Die Bürste 48 weist eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Drahtborsten 50 aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit Enden auf, die scharfkantig oder spitz sind. Wenn die Enden abgerundet werden, ist die Reinigungshandlung weniger effektiv, um Metallablagerungen von den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 zu entfernen. Die Borsten 50 können auch aus kohlenstoffreicherem Stahl ausgebildet sein, solange die Härte der Borsten geringer ist als die des Werkzeugmaterials.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Bürste mit Borsten aus kohlenstoffarmem Stahl einen Durchmesser von 15,24 cm (6 Zoll) und eine Länge von 2,54 cm bis 5,08 cm (1 bis 2 Zoll) auf. Die Borsten weisen einen Querschnittsdurchmesser von ungefähr 0,1524 mm (0,006 Zoll) auf. Länge und Durchmesser der Bürste und der Borsten bewegen sich jedoch in Abhängigkeit von der Härte der Borsten und der Anwendung.
Während des Betriebs werden die Metallrohlinge 22 nacheinander in die Presse 11 eingelegt und durch die Werkzeuge 14, 20 geformt. Während des Formungsprozesses sammeln sich Mengen an Trockenschmiermittel und anderen Fremdstoffen wie beispielsweise Metallpartikeln 56 von den Metallrohlingen 22 auf den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 an. Die Ablagerung von Metallpartikeln ist grafisch in 3 erläutert. In 3 erläutern Pfeile 56 die Formation der Metallpartikel, die die Tendenz ha ben, sich in einer einzigen Richtung parallel zu der Richtung eines Metallflusses während des Formens der Metallrohlinge 22 zu formieren.
Um die Ablagerung von Schmierstoffen auf den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 zu verhindern, sprüht eine CO₂-Reinigungseinrichtung periodisch zylinderförmige CO₂-Kügelchen (Trockeneis) in einem vorbestimmten Muster über die Formoberflächen der Werkzeuge, um Schmiermittel von den Formoberflächen der Werkzeuge zu entfernen. Das Entfernen der Schmiermittel verhindert Oberflächenfehler oder Mängel in Form von Vertiefungen, Schlieren oder anderen Schönheitsfehlern, die auf den geformten Elementen 28 ausgebildet sind. Da die CO₂-Reinigungseinrichtung keine Metallpartikel von den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 entfernen kann, entfernt die Reinigungsvorrichtung 32 jegliche zurückbleibenden Metallpartikel.
Die Reinigungsvorrichtung 32 arbeitet durch anfängliches Inbetriebsetzen des Antriebsmotors 44, um eine Bürste 48 mit einer Reinigungsdrehzahl von ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute zu drehen. Der Roboter 34 bewegt dann die Bürste 48 in einen Eingriff mit der Formoberfläche des unteren Formwerkzeugs 14. Wenn die Enden 52 der Borsten 50 mit der Formoberfläche des Werkzeugs 14 in Kontakt treten, kratzen die scharfen Enden oder Kanten leicht über die Formoberfläche, um jegliche Metallablagerungen zu entfernen, die durch Pfeile 56 angezeigt sind. Der Roboter 34 bewegt dann die Bürste 48 auf einem vorbestimmten Pfad entlang der Formoberfläche des Werkzeugs 14, um die Metallablagerungen zu entfernen. Der Roboter 34 bewegt vorzugsweise die Bürste 48 so, dass sich die Bürste 48 rechtwinklig zu den Pfeilen 56 oder der Formationsrichtung der Metallpartikel dreht, um das Entfernen der Metallpartikel von der Formoberfläche zu maximieren. Nachdem das untere Formwerkzeug gereinigt ist, wird das obere Formwerkzeug 20 durch die Reinigungsvorrichtung auf eine ähnliche Art und Weise gereinigt.
Nachdem der Reinigungsbetrieb abgeschlossen ist, zieht der Roboter 34 die Reinigungsvorrichtung von der Formpresse 10 zurück, um eine Wiederaufnahme des seriellen Formens von Rohlingen 22 zu Elementen 28 zu erlauben.
Während die Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Gedankens und des Schutzumfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte gemacht werden könnten. Dementsprechend wird beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie den vollen Schutzumfang, den der Wortlaut der folgenden Ansprüche erlaubt, umfasst.

Claims

Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von Metallablagerungen von einer Formoberfläche eines erwärmten Formwerkzeugs, während es wirksam in eine Presse montiert ist und zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen bewegbar ist, wobei die Reinigungsvorrichtung umfasst: einen programmierbaren Positionierer, der einen Bürstenaufbau trägt, welcher einen Drehantriebmotor umfasst, der eine zylinderförmige Bürste drehbar trägt; wobei die zylinderförmige Bürste eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Metalldrahtborsten aufweist, die ausgebildet sind, um Metallablagerungen von der Formoberfläche des Werkzeugs zu entfernen; und der programmierbare Positionierer dazu dient, die Bürste entlang eines Reinigungspfads in Eingriff mit der Formoberfläche des Werkzeugs zu bewegen, um von dieser Metallablagerungen zu entfernen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drehantriebmotor elektrisch ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drehantriebmotor luftbetrieben ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Umfangsoberflächengeschwindigkeit der Bürste mindestens 1,524 m/s (5 Fuß pro Sekunde) beträgt.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Borsten der Drahtbürste spitze Enden aufweisen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Borsten der Drahtbürste Enden mit scharfen Kanten aufweisen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Borsten der Drahtbürste einen Durchmesser von weniger als 0,381 mm (0,015 Zoll) aufweisen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Borsten der Drahtbürste ungefähr 0,1524 mm (0,006 Zoll) beträgt.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Borsten der Drahtbürste aus unlegiertem Kohlenstoffstahl (kohlenstoffarmem Stahl) bestehen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Borsten der Drahtbürste aus einem Material gebildet sind, das weicher als die Formoberfläche des Werkzeugs ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Pfad die Bürste rechtwinklig zu Mustern der Metallablagerungsrückstände bewegt.
Verfahren zur superplastischen und schnellplastischen Formung von Blechteilen, die im Wesentlichen frei von Sichtoberflächenmängeln sind, mit den Schritten: Erwärmen von mindestens einem Metallformwerkzeug auf einen vorbestimmten Temperaturbereich; Einsetzen eines Rohlings aus geschmiertem Metallrohmaterial auf eine Formoberfläche des Werkzeugs; Drängen des Rohlings auf das Formwerkzeug, um ein Element zu formen; Entfernen des geformten Elements von dem Formwerkzeug; Entfernen von Metallablagerungen von der Formoberfläche des Werkzeugs unter Verwendung einer Reinigungsvorrichtung, die einen programmierbaren Positionierer umfasst, der einen Bürstenaufbau trägt, welcher einen Drehantriebmotor umfasst, der eine zylinderförmige Bürste drehbar trägt, wobei die Bürste eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Metalldrahtborsten aufweist, die axial von dem Drehantriebmotor beabstandet sind und ausgebildet sind, um Metallablagerungen von der Formoberfläche des Formwerkzeugs zu entfernen; und Bewegen der zylinderförmigen Bürste mit dem programmierbaren Positionierer entlang eines vorbestimmten Reinigungspfads, wobei die Bürste mit der Formoberfläche des Werkzeugs in Eingriff steht, um Metallablagerungen von dieser zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der vorbestimmte Reinigungspfad die Bürste rechtwinklig zu der Richtung von Metallablagerungen bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bürste rechtwinklig zu der Richtung von Metallablagerungen gedreht wird.