DE102006054771A1

DE102006054771A1 - Umformwerkzeug

Info

Publication number: DE102006054771A1
Application number: DE200610054771
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Schmidt; Karl-Heinz Hochmuth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Ein Umformwerkzeug für ein Metallteil, mit mindestens einer starren, das Metallteil unter plastischer Verformung kraftbeaufschlagenden Formfläche, wird erfindungsgemäß an der Formfläche dadurch mit einem hinsichtlich der aus der Metallumformung einwirkenden, abrasiven Belastungen bedarfsgerechten, mit hoher Genauigkeit auf das notwendige Ausmaß beschränkten Verschleißschutz versehen, dass die Formfläche in den Bereichen erhöhter flächenbezogener Reibenergie R eine höhere Oberflächenhärte aufweist als in den übrigen Flächenbereichen, wobei die Reibenergei R aus der Formel R = µ . N . W ermittelt wird, mit µ = Reibkoeffizient, N = örtliche Normalkraft zwischen Formfläche und Metallteil und W = Reibweg.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformwerkzeug mit mindestens einer starren Formfläche zur plastischen Verformung eines metallischen Bau- und insbesondere Blechteils, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, die Formflächen von Umformwerkzeugen in den stärker verschleißgefährdeten Bereichen dadurch zu schützen, dass diese Bereiche mit einer erhöhten Oberflächenhärte, z. B. durch eine entsprechende Beschichtung oder Wärmebehandlung, angefertigt werden. Eine flächenbezogene Verschleißbewertung eines Umformwerkzeugs ist jedoch einer Reihe von Einflussgrößen, etwa der Härte des Werkzeugmaterials, der Festigkeit und Dicke des umzuformenden Bleches, der Flächenpressung und Relativbewegung zwischen Blech und Formfläche, den tribologischen Verhältnissen des Blechteils u. v. a. m. unterworfen und mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. So enthält das Verschleißgesetz von Archard, wonach sich die abrasive Belastung von Umformwerkzeugen vorherbestimmen lässt, neben der Härte des Werkzeugmaterials und dem Gleitweg und der Flächenpressung zwischen Werkstück und Werkzeug als weitere Bestimmungsgröße einen Proportionalitätsfaktor, welcher von einer Vielzahl von Faktoren abhängig und mit einer so hohen Fehlertoleranz behaftet ist, dass eine genaue Bewertung verschleißkritischer Werkzeugzonen unmöglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Umformwerkzeug der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass die Formfläche einen hinsichtlich der aus der Metallumformung einwirkenden, abrasiven Belastungen bedarfsgerechten, mit hoher Genauigkeit auf das notwendige Ausmaß beschränkten Verschleißschutz aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird aus wenigen Einflussfaktoren, die gezielt so ausgewählt sind, dass sie sich mit großer Genauigkeit z. B. aus einer üblichen Umformsimulation ermitteln lassen, eine äußerst zuverlässige Verschleißprognose erstellt und hierauf aufbauend die Werkzeug-Formfläche in kostengünstiger Weise nur an den kritischen Stellen und auch dort nur in dem notwendigen Umfang mit einem effektiven, bedarfsgerechten Verschleißschutz in Form einer erhöhten Oberflächenhärte versehen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Verschleißschutz der Werkzeug-Formfläche nochmals dadurch verfeinert, dass der für die örliche Oberflächenhärte maßgebliche Reibenergiewert durch weitere Parameter, die sich in ihrem Einfluss auf die zu erwartende abrasive Belastung des Werkzeugs nur mit einer relativ großen Fehlertoleranz bestimmen lassen und daher im Vergleich zu dem Reibenergiewert auch wesentlich weniger stark gewichtet werden, modifiziert wird, nämlich vorzugsweise die Materialhärte und Oberflächentopologie des Metallteils.
Nach einer konstruktiv besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Umformwerkzeug in den Formflächenbereichen stark erhöhter Reibenergie mit auswechselbaren Einsätzen hoher Werkstoffhärte versehen, während eine alternative, besonders kostengünstige Ausführungsform darin besteht, dass die Formflächenbereiche erhöhter Reibenergie mit Hilfe eines Härteverfahrens verschleißfester als die übrigen Oberflächenbereiche ausgeführt sind.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in ihrer einzigen Figur ein in den Formflächenbereichen erhöhter Reibenergie verschleißgeschütztes Umformwerkzeug in geschnittener, stark schematisierter Darstellung.
Um die Formflächen 1, 2 des gezeigten, aus einem Ober– und einem Unterteil 3, 4 sowie einem Blechhalter 3a bestehenden Umformwerkzeugs für Blech- und insbesondere für Karosserie-Blechteile auf eine nach Lage und Ausmaß bedarfsgerechte und dementsprechend kostensparende Weise gegen einen abrasiven Verschleiß zu schützen, wird zunächst aus wenigen ausgewählten Einflussgrößen, die sich mit hoher Genauigkeit z. B. aus einer Umformsimulation ermitteln lassen, nämlich aus der örtlichen Normalkraft N sowie dem örtlichen Reibweg W und dem Reibkoeffizienten μ zwischen der jeweiligen Formfläche 1 bzw. 2 und dem Blechteil, die Reibenergie R als Bezugswert für eine Verschleißprognose nach der Formel R = μ·N·W errechnet. Der so erhaltene Bezugswert kann dann noch durch einige weitere Parameter, die allerdings in ihrem Einfluss auf die zu erwartende abrasive Belastung weit weniger sicher zu bewerten sind und daher auch nur in engen Grenzen berücksichtigt werden, also etwa die Anzahl der Arbeitszyklen des Umformwerkzeugs über die Laufzeit sowie die Oberflächentopologie und/oder Materialhärte des Blechteils, unter Einbeziehung einer Entscheidungsmatrix, etwa eines Entscheidungsbaums oder eines Expertensystems, modifiziert werden. Das Ergebnis ist ein flächenbezogenes Verschleißprofil, welches die Höhe der zu erwartenden abrasiven Belastungen längs der Formflächen 1, 2 innerhalb relativ enger Fehlergrenzen wiedergibt.
Nach Maßgabe der so ermittelten, örtlichen Belastungskennwerte werden die jeweils zugeordneten Formflächenbereiche mit einer entsprechend unterschiedlich großen Oberflächenhärte ausgebildet. Dies kann durch eine auf den Bereich erhöhter Belastungskennzahl begrenzte Wärmebehandlung, z. B. eine Laser– oder Induktionshärtung, oder auch durch Hartmetalleinsätze geschehen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Reibenergie- oder Belastungskennwerte an den Formflächenbereichen 5 und noch stärker 6 deutlich höher als an den übrigen Flächenbereichen, und der Formflächenbereich 5 ist im Wege einer Laserhärtung oberflächengehärtet, während das Werkzeug im Formflächenbereich 6 mit einem auswechselbaren Hartmetalleinsatz 7 bestückt ist.

Claims

Umformwerkzeug für ein Metallteil, mit mindestens einer starren, das Metallteil unter plastischer Verformung kraftbeaufschlagenden Formfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (1, 2) in den Bereichen (5, 6) erhöhter flächenbezogener Reibenergie R eine höhere Oberflächenhärte aufweist als in den übrigen Flächenbereichen, wobei die Reibenergie R aus der Formel R = μ·N·W ermittelt wird, mit μ = Reibkoeffizient, N = örtliche Normalkraft zwischen Formfläche und Metallteil und W = Reibweg.
Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die örtlich auszuwählende Oberflächenhärte bestimmende Reibenergiewert R entsprechend der Anzahl der Arbeitszyklen des Umformwerkzeugs (3, 4) über die Laufzeit sowie der Materialhärte und Oberflächentopologie des Metallteils modifiziert ist.
Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Formflächenbereichen (5, 6) erhöhter Reibenergie R auswechselbare Einsätze (7) entsprechend erhöhter Oberflächenhärte vorgesehen sind.
Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (1, 2) in den Bereichen (5, 6) erhöhter Reibenergie R im Wege einer Wärmebehandlung lokal oberflächengehärtet ist.