DE102007003745B4 - Apparatus for producing press-hardened sheet-metal components - Google Patents

Apparatus for producing press-hardened sheet-metal components Download PDF

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    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing

Abstract

Werkzeug zur Presshärtung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kühlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind und 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) als offene Kanäle ausgeführt sind, welche ausschließlich in die an den Stempel (8) und/oder an die Matrize (9) angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.A tool for press-hardening sheet-metal components, cooling means being provided inside the tool for cooling the deformed sheet and cooling the punch (8) and / or the die (9) by means of cooling channels (11) extending along a parting surface (13) between one sheet Stamp (8) and / or a die (9) and adjacent support plates (12) are arranged, characterized in that the cooling channels (11) are designed as open channels, which exclusively in the on the punch (8) and / or to the die (9) adjacent support plates (12) are incorporated.
Figure DE102007003745B4_0001

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile.The invention relates to a forming tool for producing press-hardened sheet-metal shaped parts.
  • Stand der TechnikState of the art
  • 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.The process of press-hardening is used in practice to produce from manganese-boron steel sheets components which have an approximately uniform degree of hardness of up to 1500 Mpa. The blanks or preformed components are austenitized in an oven at temperatures of 900 ° -950 ° C and inserted into the forming tool. It takes place the forming and locking of the tool under pressure. A targeted cooling and tempering of the material takes place through a martensite transformation. The required cooling of the die and punch, the so-called active parts is usually carried out by a coolant, usually water, which is guided through a bore channel system in the interior of the active parts. This bore channel system is very expensive to manufacture and therefore expensive. Another disadvantage of this cooling solution is that due to manufacturing limits an exact, uniform cooling is often not possible.
  • 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.The DE 103 41 867 A1 discloses a device for producing a hardened sheet metal profile, in which the cooling arrangements are located inside the active parts, equidistant from the tool surface. This should be realized a uniform cooling. The technical implementation of the cooling arrangements inside the active parts is not disclosed and appears problematic.
  • Nach der US 3 703 093 A ist ein Werkzeug zur Presshärtung bekannt, das ein Paar von komplementären oberen und unteren Formeinheiten aufweist, in die Kühlkanäle entlang einer Trennfläche zwischen Stempel und Trägerplatte angeordnet sind. Die Trägerplatte selbst ist isoliert angeordnet, indem sie ein Isolierbrett und einen Isolierring aufweist und Abdichtmittel vorgesehen sind.After US 3 703 093 A For example, there is known a press-hardening tool having a pair of complementary upper and lower mold units in which cooling channels are disposed along a mold-to-backing plate separation surface. The support plate itself is insulated by having an insulating board and an insulating ring and sealing means are provided.
  • Durch die Druckschrift WO 2006/128821 A1 ist ein Werkzeug bekannt, bei dem die Kühlkanäle von Wasser, flüssigem Stickstoff oder einem anderen Kühlmittel durchströmt werden.Through the publication WO 2006/128821 A1 is known a tool in which the cooling channels of water, liquid nitrogen or other coolant are flowed through.
  • Aufgabe und Vorteil der ErfindungTask and advantage of the invention
  • 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.The invention has for its object to simplify the tool cooling of a hot forming tool manufacturing technology while improving the effect and improved controllability. At the same time a significant cost reduction should be achieved by this manufacturing simplification.
  • Die Aufgabe wird ausgehend von einem Werkzeug nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 2 durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und/oder 2 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges angegeben.The object is achieved on the basis of a tool according to the preamble of claims 1 or 2 by the characterizing features of claims 1 and / or 2. In the dependent claims advantageous and expedient developments of the tool according to the invention are given.
  • 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.The invention is based on the idea to carry out the coolant supply and coolant passage via a carrier plate. On this plate or several juxtaposed individual plates, the forming active parts are placed and sealed with a heat-resistant seal to the support plate. The cooling channels are located along the parting surfaces between the carrier plates and the active parts. Preferably, the carrier plates are made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material. Depending on the required cooling capacity, cooling channels open in the active parts can additionally be introduced by mechanical processing. The location of the cooling channels along the separation surface also allows subsequent addition of cooling channels, both in the carrier plates, as well as in the active parts.
  • 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.The geometric shape of the carrier plates and the active parts can optionally be designed so that the separation surface of the tool surface or the workpiece end shape corresponds and is located at a defined distance therefrom. If this is too expensive to produce, the separating surface between the carrier plate and the active part of the tool surface can at least be approximated in its geometric shape. For complex component geometries, it is possible to divide the support plate according to the active parts in different and independent cooling circuit zones. As a cooling medium, water is preferably used, but also all other cooling media known in the art are conceivable, such as. As liquid nitrogen or gases. In a further advantageous embodiment of the invention, the cross sections of the cooling channels can change along the cooling path. Thus, areas of different cooling and thus different degrees of hardness are achieved on the press-hardened workpiece.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispielen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the illustrated with reference to the drawings, embodiments:
  • Es zeigen:Show it:
  • 1 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer ersten Ausführungsvariante. 1 Tool room of a forming press with the tool according to the invention in a first embodiment.
  • 2 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer zweiten Ausführungsvariante. 2 Tool room of a forming press with the tool according to the invention in a second embodiment.
  • 3 Werkzeug, in einer dritten Ausführungsvariante. 3 Tool, in a third embodiment.
  • Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
  • 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. 1 shows a tool room 2 a forming press 1 in a simplified representation. You can see the pestle 3 , which with the top plate 4 firmly connected, as well as a sliding table 5 , which with the base plate 6 is firmly connected. In the position shown is the plunger 3 in its lower reversal point. During press hardening the ram remains 3 in this position around the formed workpiece 7 to cool under pressure and harden. The heat is first in the stamp 8th and the matrix 9 entered. In the tool according to the invention 10 cooling takes place by means of cooling channels 11 , which are in the carrier plates 12 are located. The carrier plates 12 are with the stamp 8th or the die 9 firmly connected and become by means of the seal 14 sealed against each other. On the presentation in 1 it becomes clear that the cooling channels 11 from the dividing plane 13 starting in the carrier plates 12 are incorporated. In this embodiment, so mechanical processing in the stamp 8th or in the matrix 9 Not required for tool cooling. The carrier plates 12 are preferably made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material. The incorporation of the cooling channels 11 In this insulating material is in comparison to the bore-channel systems in the active parts, as they are known from the prior art, much easier and less expensive. A strong heat input over the base plate 6 , or over the top plate 4 in the press 1 is by means of the carrier plates 12 prevented. The heat from the hot formed workpiece 7 is essentially only by the cooling medium, which the cooling channels 11 flows through, dissipated. The arrangement and cross-sectional shape of the cooling channels 11 are individual to the geometry of the workpiece 10 and adaptable to thermal specifications regarding the cooling process. For example, the cooling can be done by means of several independent cooling circuits. As a result, areas of different degrees of hardness can be achieved on a workpiece.
  • 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. 2 shows another variant of the tool cooling. Again, there are the cooling channels 11 in the parting plane 13 between the carrier plates 12 and the stamp 8th or the die 9 , Unlike the in 1 The solution shown are the cooling channels 11 partly in the carrier plates 12 and partly in the stamp 8th and the matrix 9 , This design is chosen, for example, when a high cooling capacity is required.
  • 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.If very high demands are placed on the temperature during cooling, the design offers, as they are in 3 shown is benefits. In this embodiment, the separation surface 13 the outer contour of the punch 8th , or the final contour of the formed workpiece 7 approximated. The cooling channels 11 again run in the interface 13 , This results in a uniform cooling of the formed workpiece 7 guaranteed. The embodiment of the cooling between carrier plate shown here 12 and stamp 8th can also be between carrier plate 12 and the matrix 9 realize. In this embodiment, it is also conceivable that analogous to in 2 shown solution, the cooling channels 11 partly in the carrier plates 12 , and partly in the stamp 8th and in the matrix 9 are located.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen der geltenden Ansprüche 1 und/oder 2.The invention is not limited to the described and illustrated embodiments. It also includes all expert designs within the scope of valid claims 1 and / or 2.
  • Beispielsweise bietet das erfindungsgemäße Werkzeug die Möglichkeit die Trägerplatte 12 auszutauschen. Die Aktivteile können dabei im Werkzeug verbleiben.For example, the tool according to the invention offers the possibility of the carrier plate 12 exchange. The active parts can remain in the tool.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 11
    Umformpresseforming press
    22
    Werkzeugraumtool room
    33
    Stößeltappet
    44
    Kopfplatteheadstock
    55
    Schiebetischsliding table
    66
    Grundplattebaseplate
    77
    Werkstückworkpiece
    88th
    Stempelstamp
    99
    Matrizedie
    1010
    WerkzeugTool
    1111
    Kühlkanälecooling channels
    1212
    Trägerplattencarrier plates
    1313
    Trennebene/TrennflächeParting line / interface
    1414
    Dichtungpoetry

Claims (6)

  1. Werkzeug zur Presshärtung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kühlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind und 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) als offene Kanäle ausgeführt sind, welche ausschließlich in die an den Stempel (8) und/oder an die Matrize (9) angrenzenden Trägerplatten (12) eingearbeitet sind.A tool for press-hardening sheet-metal components, wherein cooling means are provided inside the tool for cooling the deformed sheet and the cooling of the punch ( 8th ) and / or the die ( 9 ) by means of cooling channels ( 11 ), which along a separation surface ( 13 ) between a stamp ( 8th ) and / or a die ( 9 ) and adjoining support plates ( 12 ), characterized in that the cooling channels ( 11 ) as open Channels are executed which exclusively in the on the stamp ( 8th ) and / or to the die ( 9 ) adjacent support plates ( 12 ) are incorporated.
  2. Werkzeug zur Presshärtung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kühlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind und 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, 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.A tool for press-hardening sheet-metal components, wherein cooling means are provided inside the tool for cooling the deformed sheet and the cooling of the punch ( 8th ) and / or the die ( 9 ) by means of cooling channels ( 11 ), which along a separation surface ( 13 ) between a stamp ( 8th ) and / or a die ( 9 ) and adjoining support plates ( 12 ) are arranged, characterized in that the cross sections of the cooling channels ( 11 ) partly in the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) and partly in the adjacent carrier plates ( 12 ) are incorporated.
  3. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mittels voneinander unabhängigen Kühlkreislaufzonen erfolgt.Tool according to one of claims 1 or 2, characterized in that the cooling takes place by means of independent cooling circuit zones.
  4. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kühlkanäle (11) innerhalb eines Kühlkreises variabel sind.Tool according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the cross sections of the cooling channels ( 11 ) are variable within a cooling circuit.
  5. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, 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.Tool according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the carrier plates ( 12 ) in shape of the final contour of the workpiece ( 7 ) and the surface of the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) are customizable.
  6. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 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.Tool according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the carrier plates ( 12 ) depending on the requirements of cooling processes or hardness of the workpiece ( 7 ) are replaceable, the stamp ( 8th ) and / or the die ( 9 ) remain unchanged.
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