DE102007003745A1

DE102007003745A1 - Vorrichtung zur Herstellung pressgehärteter Blechbauteile

Info

Publication number: DE102007003745A1
Application number: DE102007003745A
Authority: DE
Inventors: Axel Wittig; Karl Geisinger
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-20
Also published as: WO2008086768A1; DE102007003745B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausführung eines Werkzeuges zur Herstellung von pressgehärteten Blechbauteilen durch Umformung einer erwärmten Platine entsprechend bekannter Verfahren der Press-Härtung. Hierzu wird entsprechend der Technik eine Blechplatine auf eine Umformtemperatur erwärmt, in das Werkzeug eingelegt und umgeformt. Die Abkühlung der umgeformten Werkstücke erfolgt mittels einer Kühlung, die sich in einer Trennfläche zwischen Trägerplatten und den Aktivteilen befinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile.
Stand der Technik
Das Verfahren des Presshärtens wird in der Praxis eingesetzt um aus Mangan-Bor-Stahlblechen Bauteile zu erzeugen, welche einen annähernd gleichmäßigen Härtegrad von bis zu 1500 Mpa aufweisen. Die Platinen bzw. vorgeformten Bauteile werden dabei in einem Ofen bei Temperaturen von 900°–950°C austenitisiert und in das Umformwerkzeug eingelegt. Es erfolgt die Umformung und Zuhaltung des Werkzeuges unter Druck. Dabei findet eine gezielte Abkühlung und Vergütung des Materials durch eine Martensitumwandlung statt. Die erforderliche Kühlung von Matrize und Stempel, den so genannten Aktivteilen erfolgt üblicherweise durch ein Kühlmittel, in der Regel Wasser, welches durch ein Bohrungs-Kanalsystem im Inneren der Aktivteile geführt wird. Dieses Bohrungs-Kanalsystem ist fertigungstechnisch sehr aufwändig und somit kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil dieser Kühlungslösung besteht darin, dass durch fertigungstechnische Grenzen eine exakte, gleichmäßige Kühlung oft nicht möglich ist.
Die DE 103 41 867 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils, bei der die Kühlanordnungen sich im Inneren der Aktivteile, äquidistant zur Werkzeugoberfläche, befinden. Dadurch soll eine gleichmäßige Abkühlung realisiert werden. Die fertigungstechnische Umsetzung der Kühlanordnungen im Inneren der Aktivteile wird nicht offenbart und erscheint problematisch.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Werkzeugkühlung eines Warmumformwerkzeugs fertigungstechnisch zu vereinfachen bei gleichzeitiger Wirkungsverbesserung und verbesserter Regelbarkeit. Durch diese fertigungstechnische Vereinfachung soll gleichzeitig eine deutliche Kostenreduzierung erreicht werden.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Kühlmittelzuführung und Kühlmitteldurchleitung über eine Trägerplatte auszuführen. Auf dieser Platte oder mehreren aneinander gereihten Einzelplatten sind die formgebenden Aktivteile aufgesetzt und mit einer wärmebeständigen Dichtung zur Trägerplatte abgedichtet. Die Kühlkanäle befinden sich entlang der Trennflächen zwischen den Trägerplatten und den Aktivteilen. Vorzugsweise bestehen die Trägerplatten aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isoliermaterial. Entsprechend der erforderlichen Kühlleistung können zusätzlich in die Aktivteile offene Kühlkanäle durch mechanische Bearbeitung eingebracht werden. Die Lage der Kühlkanäle entlang der Trennfläche erlaubt auch ein nachträgliches Hinzufügen von Kühlkanälen, sowohl in den Trägerplatten, als auch in den Aktivteilen.
Die geometrische Form der Trägerplatten und der Aktivteile kann optional so gestaltet werden, dass die Trennfläche der Werkzeugoberfläche bzw. der Werkstückendform entspricht und sich in einem definierten Abstand zu dieser befindet. Ist dies fertigungstechnisch zu aufwendig, kann die Trennfläche zwischen Trägerplatte und Aktivteil der Werkzeugfläche in ihrer geometrischen Ausprägung zumindest angenähert werden. Bei komplexen Bauteilgeometrien ist es möglich die Trägerplatte entsprechend den Aktivteilen in unterschiedliche und voneinander unabhängige Kühlkreislaufzonen zu unterteilen. Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser eingesetzt, aber auch alle anderen, im Stand der Technik bekannten Kühlmedien sind denkbar, wie z. B. flüssiger Stickstoff oder Gase. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Querschnitte der Kühlkanäle sich entlang der Kühlstrecke verändern. Somit werden Bereiche unterschiedlicher Kühlung und somit unterschiedlicher Härtegrade am pressgehärteten Werkstück erreicht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispielen:
Es zeigen:
1 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer ersten Ausführungsvariante.
2 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer zweiten Ausführungsvariante.
3 Werkzeug, in einer dritten Ausführungsvariante.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt einen Werkzeugraum 2 einer Umformpresse 1 in einer vereinfachten Darstellung. Zu sehen ist der Stößel 3, welcher mit der Kopfplatte 4 fest verbunden ist, sowie ein Schiebetisch 5, welcher mit der Grundplatte 6 fest verbunden ist. In der dargestellten Position befindet sich der Stößel 3 in seinem unteren Umkehrpunkt. Beim Presshärten verharrt der Stößel 3 in dieser Position um das umgeformte Werkstück 7 unter Druck abzukühlen und damit zu härten. Die Wärme wird dabei zunächst in den Stempel 8 und die Matrize 9 eingetragen. Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug 10 erfolgt die Kühlung mittels Kühlkanälen 11, welche sich in den Trägerplatten 12 befinden. Die Trägerplatten 12 sind mit dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9 fest verbunden und werden mittels der Dichtung 14 gegeneinander abgedichtet. Auf der Darstellung in 1 wird deutlich, dass die Kühlkanäle 11 von der Trennebene 13 ausgehend in die Trägerplatten 12 eingearbeitet sind. In dieser Ausführungsform sind also mechanische Bearbeitungen im Stempel 8 beziehungsweise in der Matrize 9 zum Zwecke einer Werkzeugkühlung nicht erforderlich. Die Trägerplatten 12 bestehen vorzugsweise aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isolierwerkstoff. Die Einarbeitung der Kühlkanäle 11 in diesen Isolierwerkstoff ist im Vergleich zu den Bohrungs-Kanalsystemen in den Aktivteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, deutlich einfacher und kostengünstiger. Ein starker Wärmeintrag über die Grundplatte 6, beziehungsweise über die Kopfplatte 4 in die Presse 1 wird mittels der Trägerplatten 12 verhindert. Die Wärme aus dem warmumgeformten Werkstück 7 wird im Wesentlichen nur durch das Kühlmedium, welches die Kühlkanäle 11 durchströmt, abgeführt. Die Anordnung und die Querschnittsform der Kühlkanäle 11 sind individuell an die Geometrie des Werkstückes 10 und an thermische Vorgaben bezüglich des Abkühlverlaufes anpassbar. Beispielsweise kann die Abkühlung mittels mehrerer voneinander unabhängiger Kühlkreisläufe erfolgen. Dadurch können Bereiche verschiedener Härtegrade an einem Werkstück erzielt werden.
2 zeigt eine weitere Variante der Werkzeugkühlung. Auch hier befinden sich die Kühlkanäle 11 in der Trennebene 13 zwischen den Trägerplatten 12 und dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Lösung befinden sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12 und teilweise in dem Stempel 8 und der Matrize 9. Diese Ausführung wird beispielsweise dann gewählt, wenn eine hohe Kühlleistung erforderlich ist.
Werden sehr hohe Anforderungen an den Temperaturverlauf bei der Abkühlung gestellt, so bietet die Ausführung, wie sie in 3 dargestellt ist Vorteile. In dieser Ausführungsvariante wird die Trennfläche 13 der Außenkontur des Stempels 8, beziehungsweise der Endkontur des umgeformten Werkstücks 7 angenähert. Die Kühlkanäle 11 verlaufen wiederum in der Trennfläche 13. Dadurch wird eine gleichmäßige Abkühlung des umgeformten Werkstückes 7 gewährleistet. Die hier dargestellte Ausführungsform der Kühlung zwischen Trägerplatte 12 und Stempel 8 lässt sich ebenfalls zwischen Trägerplatte 12 und der Matrize 9 realisieren. In dieser Ausführungsvariante ist es ebenfalls denkbar, dass analog der in 2 dargestellten Lösung, sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12, und teilweise im Stempel 8 und in der Matrize 9 befinden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1.
Beispielsweise bietet das erfindungsgemäße Werkzeug die Möglichkeit die Trägerplatte 12 auszutauschen. Die Aktivteile können dabei im Werkzeug verbleiben.

1: Umformpresse
2: Werkzeugraum
3: Stößel
4: Kopfplatte
5: Schiebetisch
6: Grundplatte
7: Werkstück
8: Stempel
9: Matrize
10: Werkzeug
11: Kühlkanäle
12: Trägerplatten
13: Trennebene/Trennfläche
14: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10341867 A1 [0003]

Claims

Werkzeug zur Presshärtung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kühlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) mittels Kühlkanälen (11) erfolgt, welche entlang einer Trennfläche (13) zwischen einem Stempel (8) und/oder einer Matrize (9) und daran angrenzenden Trägerplatten (12) angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) als offene Kanäle ausgeführt sind, welche ausschließlich in die an den Stempel (8) bzw. an die Matrize (9) angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kühlkanäle (11) teilweise in den Stempel (8) und/oder die Matrize (9) und teilweise in die angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) aus einem Isolierwerkstoff bestehen.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (12) aus einem druckfesten Duroplastmaterial bestehen.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mittels voneinander unabhängigen Kühlkreislaufzonen erfolgt.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kühlkanäle (11) innerhalb eines Kühlkreises variabel sind.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) in ihrer Form der Endkontur des Werkstückes (7) und der Oberfläche des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) anpassbar sind.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) mehrteilig ausführbar sind.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) je nach Anforderungen an Kühlverläufe oder Härtegrade des Werkstücks (7) austauschbar sind, wobei der Stempel (8) und/oder die Matrize (9) unverändert bleiben.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser einsetzbar ist.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel flüssiger Stickstoff einsetzbar ist.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Gase einsetzbar sind.
Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (12) bzw. die Matrize (9) abgedichtet wird.