DE102007033205A1

DE102007033205A1 - Production of a metallic workpiece comprises directly and/or indirectly heating a core to a predetermined temperature to adjust the hollow chamber for the workpiece to be produced

Info

Publication number: DE102007033205A1
Application number: DE102007033205A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Dipl.-Ing. Gensert; Günter ROHWERDER
Original assignee: Sieber Forming Solutions GmbH
Current assignee: Sieber Forming Solutions GmbH
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Production of a metallic workpiece comprises directly and/or indirectly heating a core (2) to a predetermined temperature to adjust the hollow chamber (3) for the workpiece (4) to be produced and fitting the size of the hollow chamber and pre-tensioning of a reinforcement (6) by further heating and/or cooling the core. An independent claim is also included for a molding tool for producing a metallic workpiece.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug, das mindestens einen Kern mit einem Arbeitshohlraum und mindestens eine Armierung umfasst, die den Kern vorspannt, sowie ein geeignetes Formwerkzeug. Eine wirtschaftliche Fertigung von durch Kalt-Pressen hergestellten Werkstücken erfordert hohe Stückzahlen, wobei insbesondere die Dimensionierung des Arbeitshohlraumes und die Vorspannung des Kerns entscheidend für die Maßgenauigkeit der herzustellenden Werkstücke ist.The The invention relates to a process for the production of metallic workpieces by cold or warm forging, in particular pressing, of blanks in a mold having at least one core with a working cavity and includes at least one reinforcement, which biases the core, as well as a suitable mold. An economical production of Cold work presses require high volumes, wherein in particular the dimensioning of the working cavity and the preload of the core is crucial for the dimensional accuracy of the produced workpieces is.

Zum Ausgleich von auftretenden Maßabweichungen des im Kern bzw. in der Matrize angeordneten Arbeits- bzw. Formhohlraumes von Formwerkzeugen oder zu dessen Voreinstellung ist es bereits bekannt ( DE 42 07 778 A1 ), den Kern bzw. die Matrize mittels eines durch ein Druckmedium beaufschlagbaren, konischen Verstellelementes elastisch zu verformen. Aus der DE 198 04 700 A1 ist ein Formwerkzeug bekannt, bei dem die Matrize bzw. der Kern mit radialer Vorspannung von einem Spannring umgeben ist, an dem die Armierung anliegt, wobei Spannring und Armierung ortsfest an einem Träger angebracht sind. Spannring und Matrize besitzen konische Berührungsflächen. Die Matrize ist mittels eines Druckkolbens relativ zum Träger verschiebbar, um aufgetretene Maßabweichungen aufgrund elastischer Verformungen der Matrize auszugleichen, und kann in unterschiedlichen Stellungen am Träger arretiert werden.To compensate for dimensional deviations occurring in the core or in the die arranged working or mold cavity of molds or for its default setting, it is already known ( DE 42 07 778 A1 ) to elastically deform the core or the die by means of a conical adjusting element which can be acted upon by a pressure medium. From the DE 198 04 700 A1 is a mold known, in which the die or the core is surrounded with radial bias of a clamping ring on which the armature is applied, wherein clamping ring and reinforcement are fixedly mounted on a support. Clamping ring and die have conical contact surfaces. The die is displaceable by means of a pressure piston relative to the carrier to compensate for any deviations due to elastic deformations of the die, and can be locked in different positions on the carrier.

Die vorgenannten Maßnahmen mittels mechanischer Verstellvorrichtungen die Dimensionierung des Formhohlraumes zu verändern sind kostenaufwendig und erfordern umfangreiche Einstellarbeiten durch das Bedienungspersonal.The the above measures by means of mechanical adjusting the dimensioning of Change mold cavity are expensive and require extensive adjustments by the operator.

Vorzunehmende Veränderungen oder Korrekturen der Abmessungen des Formhohlraumes können sich aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren ergeben. Einerseits resultieren diese unmittelbar aus dem Umformprozess oder ergeben sich aus Folgeprozessen zur Nachbehandlung der Werkstücke. Derartige Einflussfaktoren sind z. B. Auffedern des Arbeitshohlraumes, die prozessbedingte Erwärmung des Werkzeuges und/oder des Werkstückes. Beim nachfolgenden Härten des Werkstückes können Maßveränderungen auftreten, die häufig chargenabhängig sind, und zu Qualitätsmängeln führen. Um die geforderte Maßgenauigkeit der Werkstücke zu gewährleisten, ist es somit erforderlich, Veränderungen an den Abmessungen des Formhohlraumes vorzunehmen. Dabei handelt es sich oft nur um Korrekturen um wenige hundertstel mm.to be carried out changes or corrections of the dimensions of the mold cavity may be due to different influencing factors. On the one hand These result directly from the forming process or result resulting from subsequent processes for the aftertreatment of the workpieces. such Influencing factors are z. B. Auffedern the working cavity, the Process-related warming of the tool and / or the workpiece. During the subsequent hardening of the workpiece can Dimensional changes occur frequently batch-dependent are, and lead to quality defects. Around the required dimensional accuracy the workpieces too guarantee, It is therefore necessary to change to make the dimensions of the mold cavity. It acts these are often only corrections of a few hundredths of a millimeter.

In der Praxis ist es daher üblich, zur Korrektur von Maßabweichungen der Werkstücke im Hundertstelbereich das Formwerkzeug auszubauen und die Bauteile Kern und/oder die Armierung auszutauschen. Dazu ist es erforderlich, den Kern auszupressen und wieder in eine andere Armierung einzupressen oder einen neuen Kern in die vorhandene Armierung einzupressen. Diese Umrüstarbeiten sind sehr zeit- und kostenaufwendig. Dabei muss der laufende Produktionsprozess unterbrochen werden. Während einer Produktionsserie für ein Werkstück muss üblicherweise damit gerechnet werden, dass mehrmals Korrekturen am Kern bzw. der Armierung vorgenommen werden müssen. Dies erfordert die Vorhaltung einer entsprechenden Anzahl an Kernen und Armierungen unterschiedlicher Größenordnungen. Diese Aufwendungen wirken sich nachteilig auf die Produktionskosten aus.In practice, it is therefore common for correction of deviations the workpieces in the hundredths range to remove the mold and the components Core and / or replace the reinforcement. For this it is necessary squeeze out the core and press again into another reinforcement or to press a new core into the existing reinforcement. This conversion work are very time consuming and costly. In doing so, the ongoing production process must be to be interrupted. During one Production series for a workpiece usually has be reckoned that several corrections to the core or the Reinforcement must be made. This requires the provision of a corresponding number of cores and reinforcements of different sizes. These expenses have a negative impact on production costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken durch Kalt- oder Halbwarmumformen, insbesondere Pressen, von Rohlingen in einem Formwerkzeug, zu schaffen, mit dem es möglich ist, längere Produktionsunterbrechungen, bedingt durch einen Austausch von Kern und/oder Armierung, zu vermeiden. Ferner soll ein dafür geeignetes Formwerkzeug geschaffen werden.Of the Invention is based on the object, a process for the preparation of metallic workpieces by cold or warm forging, in particular pressing, of blanks in a mold, with which it is possible to prolong production interruptions, due to an exchange of core and / or reinforcement, to avoid. Furthermore, a for it suitable mold can be created.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Die Ansprüche 12 bis 22 beziehen sich auf Ausgestaltungen eines Formwerkzeuges zur Durchführung des Verfahrens.According to the invention Task by the in the claims 1 and 11 specified characteristics solved. Advantageous developments the procedure are the subject of claims 2 to 10. The claims 12 to 22 relate to embodiments of a mold for performing the Process.

Unmittelbar vor Produktionsbeginn wird der Kern durch direkte oder indirekte Beheizung zur Einstellung des Arbeitshohlraumes auf Sollmaß für das herzustellende Werkstück auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Im laufenden Produktionsprozess werden bei auftretenden Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß der Werkstücke durch weitere Erwärmung des Kerns und/oder Kühlung, mindestens der Armierung, die Größe des Arbeitshohlraumes und erforderlichenfalls die Vorspannung der Armierung an das Sollmaß angepasst. Die Höhe der vorbestimmten Temperatur für den Kern wird anhand von Berechnungen und/oder Erfahrungswerten ermittelt, wobei diese sicherstellt, dass über den Verbund aus Kern, Armierung und gegebenenfalls Zwischenring der Arbeitshohlraum in seinen Abmessungen so voreingestellt wird, das eine möglichst lang anhaltende Maßhaltigkeit der Werkstücke während des Produktionsablaufes eingehalten werden kann. Dabei wird versucht, bestimmte Einflussfaktoren, wie die entstehende Prozesswärme und/oder die Erwärmung der Werkstücke soweit wie möglich mit zu berücksichtigen. Dadurch lässt sich der Toleranzbereich für erforderliche Korrekturen im laufenden Produktionsprozess minimieren, sodass ein Bereich von einigen hundertstel mm nach oben bzw. unten vollkommen ausreichend ist, um die gewünschte Maßhaltigkeit der herzustellenden Werkstücke zu gewährleisten.Immediately before the start of production, the core is heated to a predetermined temperature by direct or indirect heating to set the working cavity to the specified size for the workpiece to be produced. In the current production process, any deviations between actual and nominal dimensions of the workpieces are adjusted to the nominal size by further heating of the core and / or cooling, at least the reinforcement, the size of the working cavity and, if necessary, the prestressing of the reinforcement. The height of the predetermined temperature for the core is determined based on calculations and / or empirical values, which ensures that the working cavity is preset in its dimensions over the composite of core, reinforcement and possibly intermediate ring, which ensures the longest possible dimensional stability of the workpieces can be maintained during the production process. An attempt is made to take into account as far as possible certain influencing factors, such as the resulting process heat and / or the heating of the workpieces. This allows the Toleranzbe minimize the amount of corrections required during the production process, so that a few hundredths of a millimeter up or down is perfectly adequate to ensure the desired dimensional accuracy of the workpieces to be produced.

Treten während der Produktion der metallischen Werkstücke Veränderungen an den Abmessungen der Werkstücke auf – Abweichungen zwischen Ist- und Sollmaß –, so wird der Kern gezielt erwärmt und/oder die Armierung gekühlt. Entsprechend den jeweiligen Erfor dernissen können Erwärmung bzw. Kühlung einzeln oder in Kombination durchgeführt werden. Dadurch kommt es zu einer Veränderung der Größe des Arbeitshohlraumes und/oder zu einer Beeinflussung der Vorspannung der Armierung. Im laufenden Produktionsprozess ist es von großem wirtschaftlichem Vorteil, wenn bei auftretenden Maßabweichungen sofort reagiert werden kann, ohne längere Produktionsunterbrechungen, die ansonsten bei einem Austausch von Kern und/oder Armierung erforderlich wären.To step while the production of metallic workpieces changes in dimensions the workpieces on - deviations between actual and nominal dimension -, so will the core is deliberately heated and / or the armor cooled. According to the respective requirements, heating or cooling can be done individually or done in combination become. This leads to a change in the size of the working cavity and / or to influence the prestressing of the reinforcement. In the current Production process is of great economic advantage if occurring deviations can be reacted immediately without any longer interruptions in production otherwise required for replacement of core and / or reinforcement would.

Wird im laufenden Produktionsprozess festgestellt, dass Werkstücke ein Über- oder Untermaß aufweisen, so wird im Falle eines Untermaßes mittels der Heizung der Kern auf eine höhere Temperatur erwärmt, wodurch der Verbund Armierung/Kern eine höhere Temperatur erreicht. Dadurch wird der Arbeitshohlraum geringfügig vergrößert.Becomes In the ongoing production process found that workpieces an over- or Undersize, so in case of undersize By means of heating the core is heated to a higher temperature, thereby the composite reinforcement / core reaches a higher temperature. Thereby the working cavity becomes slight increased.

Im umgekehrten Fall, bei einem auftretenden Übermaß, erfolgt eine Absenkung der Temperatur des Kerns durch eine entsprechende Kühlung der Armierung. Dadurch wird der Arbeitshohlraum geringfügig verkleinert.in the reverse case, with an occurring oversize, there is a lowering of Temperature of the core by a corresponding cooling of the reinforcement. Thereby the working cavity becomes slight reduced.

Bei einer Erwärmung des Kerns durch direkte Beheizung ist vorgesehen, entweder im Kern eine Heizung anzuordnen oder die Heizung so auszuführen, dass diese den Kern umgibt oder an mindestens einer Seite des Kerns anliegt. In speziellen Anwendungsfällen kann es auch möglich sein, mehrere dieser Varianten zu kombinieren, beispielsweise eine den Kern umgebende Heizung und zusätzlich eine an der Unterseite des Kerns anliegende Heizung. Möglich ist auch eine Kombination von direkter und indirekter Beheizung des Kerns. Dies ist im Einzelfall abhängig von der Geometrie der umzuformenden Werkstücke.at a warming the core is provided by direct heating, either at the core to arrange a heater or to run the heater so that this surrounds the core or rests against at least one side of the core. In special applications It may also be possible be to combine several of these variants, such as the one Core surrounding heating and additional a heater applied to the underside of the core. Is possible also a combination of direct and indirect heating of the Core. This depends on the geometry of the individual case to be reshaped workpieces.

Zur indirekten Beheizung wird zwischen Kern und Armierung ein beheizbarer metallischer oder keramischer Zwischenring installiert. Ein keramischer Zwischenring mit integrierter Heizung, wie einer elektrischen Widerstandsheizung, bewirkt zusätzlich eine thermische Isolierung zwischen Kern und Armierung. Die Heizung sollte im Zwischenring in unmittelbarer Nähe zum Kern angeordnet sein. Ein metallischer Zwischenring wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn mit einem flüssigen Heiz- bzw. Temperiermedium, wie z.B. Öl, gearbeitet wird. In einem leitenden, metallischen Zwischenring kann als Heizung auch eine Induktionsspule mit oder ohne Isolierung der Wicklungen eingesetzt werden.to Indirect heating is a heated between core and reinforcement metallic or ceramic intermediate ring installed. A ceramic one Intermediate ring with integrated heating, such as electrical resistance heating, additionally a thermal insulation between core and reinforcement. The heating system should be located in the intermediate ring in close proximity to the core. A metallic intermediate ring is preferably used then if with a liquid Heating or tempering medium, such as Oil, is being worked. In a senior, Metallic intermediate ring can be used as heating also an induction coil be used with or without insulation of the windings.

Zur Erwärmung des Kern können unterschiedliche Heizmethoden zur Anwendung kommen, vorzugsweise als induktive Heizung, als elektrische Widerstandheizung oder mittels flüssiger Temperiermedien.to warming of the core different heating methods are used, preferably as inductive heating, as electrical resistance heating or by means liquid Tempering.

Ist eine Absenkung der Temperatur des Kerns erforderlich, so kann das gesamte Formwerkzeug durch Luftkühlung gekühlt werden und/oder die Armierung wird gezielt gekühlt, z. B. mittels eines flüssigen Kühl- oder Temperiermediums.is a lowering of the temperature of the core may be required entire mold by air cooling chilled be and / or the reinforcement is selectively cooled, z. B. by means of a liquid cooling or Tempering.

Mit Produktionsbeginn sollte die Temperatur mindestens eines der Bauteile (Kern, Zwischenring, Armierung) und/oder des Werkstückes kontinuierlich gemessen werden. Das hergestellte Werkstück sollte nach dem Umformprozess und/oder nach einer abschließenden Nachbehandlung, z. B. durch Härten, vermessen werden.With Start of production should be the temperature of at least one of the components (Core, intermediate ring, reinforcement) and / or the workpiece continuously measured become. The manufactured workpiece should after the forming process and / or after a final post-treatment, z. B. by hardening, measured become.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Verfahrensweise wird das Sollmaß der Werkstücke in einer Rechnereinheit gespeichert, der als elektrische Signale die aktuel len Messwerte der Istmaße der Werkstücke und die aktuellen, gemessenen Temperaturwerte übermittelt werden. Mittels einer geeigneten Software werden Istmaß und Sollmaß der hergestellten Werkstücke verglichen und bei auftretenden Abweichungen die erforderliche Änderung der vorbestimmten bzw. voreingestellten Temperatur für den Kern ermittelt, um die aktuellen Abmessungen des Arbeitshohlraumes und/oder der Vorspannung dahingehend zu korrigieren, dass Ist- und Sollmaß der Werkstücke übereinstimmen und der hierzu erforderliche Erwärmungs- oder Kühlvorgang ausgelöst wird.According to one advantageous further embodiment of the method is the Nominal dimension of the workpieces in one Computer unit stored, the current len as electrical signals Measured values of the actual dimensions the workpieces and the current, measured temperature values are transmitted. through A suitable software will be actual size and nominal size of the manufactured workpieces compared and in case of deviations the required change the predetermined temperature for the core determined to the current dimensions of the working cavity and / or the bias to correct so that the actual and nominal dimensions of the workpieces match and the required heating or cooling process triggered becomes.

In der Praxis ist es sinnvoll, die Verfahrensweise in ein automatisches Steuer- und Regelungssystem einzubinden, wobei es zweckmäßig Ist, auch die Temperatur mindestens eines der Bauteile des Verbundes und/oder des Werkstückes zu messen. Der Verbund bzw. das Formwerkzeug kann sowohl aus Kern und Armierung oder aus Kern, Zwischenring und Armierung bestehen. Dabei werden regelungstechnisch weitere Einflussfaktoren, wie die Prozesswärme, die Erwärmung der Werkstücke während des Produktionsprozesses, die Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien des Verbundes, berücksichtigt.In In practice, it makes sense to change the procedure into an automatic one Integration of the tax and regulatory system, where appropriate, also the temperature of at least one of the components of the composite and / or the workpiece to eat. The composite or the molding tool can both core and reinforcement or core, intermediate ring and reinforcement. In the process, additional influencing factors, such as the Process heat, the warming the workpieces while of the production process, the expansion coefficients of the used Materials of the composite, considered.

Ein geeignetes Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens ist so ausgelegt, dass zur Beeinflussung der Abmessungen des Arbeitshohlraumes und/oder der Vorspannung der Armierung im Kern oder zwischen Kern und Armierung mindestens eine Heizung angeordnet ist und die Armierung kühl- oder temperierbar ausgebildet ist.A suitable molding tool for carrying out the method is designed so that the Fluxing the dimensions of the working cavity and / or the bias of the reinforcement in the core or between the core and reinforcement at least one heater is arranged and the reinforcement is formed coolable or tempered.

Die Heizung kann beispielsweise auch in einem metallischen oder keramischen Zwischenring integriert sein, der zwischen Kern und Armierung angeordnet ist.The Heating can, for example, also in a metallic or ceramic Integrated intermediate ring, which is arranged between core and reinforcement is.

Vorzugsweise sollte das Material des Zwischenringes einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.Preferably The material of the intermediate ring should have a high thermal expansion coefficient have.

Ob Kern und/oder Zwischenring beheizt werden, ist abhängig von der Größe der herzustellenden Werkstücke und der Geometrie des Arbeitshohlraumes. Zwischenring oder Kern können bis auf eine Temperatur von ca. 300 °C erwärmt werden. In bestimmten Anwendungsfällen können in Abhängigkeit vom Material des Kerns auch Temperaturen oberhalb von 300 °C bis zu 600 °C erforderlich sein. Die Erwärmung des Kerns dient ausschließlich zur Beeinflussung der Größe des Arbeitshohlraumes und wirkt sich nicht auf den eigentlichen Umformprozess aus, bei dem üblicherweise eine bestimmte Prozesswärme entsteht. Die Heizung als solche oder auch Teile davon können mit einer geeigneten Isolierung ausgerüstet sein.If Core and / or intermediate ring to be heated depends on the size of the workpieces to be produced and the geometry of the working cavity. Intermediate ring or core can up to a temperature of about 300 ° C heated become. In certain applications, depending on the material of the core also temperatures above 300 ° C up to 600 ° C required be. The warming the core serves exclusively for influencing the size of the working cavity and does not affect the actual forming process, at usually a certain process heat arises. The heating as such or parts of it can with be equipped with a suitable insulation.

Bei einer bevorzugten Ausführung, der Anordnung der Heizung zwischen Kern und Armierung, ist die Heizung als induktive Heizung ausgebildet. Die Induktionsspule ist an die Geometrie des als Leiter dienenden Kerns angepasst und entweder in einer am Außenumfang des Kerns oder in einer am Innenumfang der Armierung vorgesehenen Ausnehmung eingesetzt ist, derart, dass die von der Armierung aufzubringende Vorspannung nicht auf die Induktionsspule übertragen wird. Die Wicklungen der Induktionsspule sind ggf. mit einer Isolierung ummantelt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass auf die Anordnung eines Zwischenringes verzichtet werden kann. Durch die von einem Strom mit einem verlustarmen Frequenzspektrum durchflossene Spule wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.at a preferred embodiment, the arrangement of the heating between core and reinforcement, is the heating designed as inductive heating. The induction coil is connected to the Adapted geometry of the core serving as a ladder and either in one on the outer circumference the core or in a provided on the inner circumference of the reinforcement Recess is inserted, such that the applied by the reinforcement Preload is not transmitted to the induction coil. The windings The induction coil may be sheathed with insulation. These execution has the advantage that dispenses with the arrangement of an intermediate ring can be. By means of a current with a low-loss frequency spectrum through a coil, an alternating electromagnetic field is generated.

Innerhalb des Kerns, der als elektrisch leitendes Erwärmungsgut dient, werden im Oberflächenbereich Wirbelströme generiert, die im Kern aufgrund des spezifischen Widerstandes zu einer Joule'schen Erwärmung führen. Dadurch wird eine sehr schnelle, direkte Erwärmung des Kerns gewährleistet.Within of the core serving as the electrically conductive heating material is used in the surface area eddy currents generated in the core due to the specific resistance too cause Joule's warming. Thereby a very fast, direct heating of the core is ensured.

Dabei lässt sich nicht vermeiden, dass, wenn auch in geringerem Umfang, die Armierung mit erwärmt wird. Durch eine gezielte Kühlung der Armierung kann dieser entgegengewirkt werden.there let yourself can not avoid that, albeit to a lesser extent, the reinforcement with heated becomes. Through targeted cooling the reinforcement can be counteracted this.

Die Heizung kann auch als elektrische Widerstandsheizung ausgeführt sein, die insbesondere dann zum Einsatz kommt, wenn mit einem Zwischenring gearbeitet wird.The Heating can also be designed as electrical resistance heating, especially when used with an intermediate ring is working.

Eine Erwärmung mittels eines flüssigen Temperiermediums, vorzugsweise Öl, erfordert einen entsprechenden Platzbedarf zur Einbringung der erforderlichen Kreislaufbohrungen. Diese lässt sich daher nur einsetzen, wenn Kern oder Zwischenring eine bestimmte Baugröße aufweisen.A warming by means of a liquid Tempering medium, preferably oil, requires a corresponding space for the introduction of the required Circulation drilling. This leaves Therefore, only use if core or intermediate ring a specific Have size.

Muss die Temperatur von Kern bzw. Armierung abgesenkt werden, so erfolgt in Abhängigkeit vom erforderlichen Kühlbedarf eine Kühlung mittels Luft.Got to the temperature of core or reinforcement are lowered, so takes place depending on required cooling requirement a cooling by air.

Zur Kühlung des Formwerkzeuges kann auch eine separate Kühlvorrichtung eingesetzt werden, über die ein Kühlmedium, z. B. Luft, auf die Armierung und/oder den Zwischenring geleitet wird.to cooling the mold can also be used a separate cooling device, via the a cooling medium, z. As air, passed to the reinforcement and / or the intermediate ring becomes.

Falls eine Luftkühlung nicht ausreichend ist, so ist vorgesehen, die Armierung gesondert zu kühlen. In bestimmten Anwendungsfällen kann es auch ausreichend sein, wenn im Zwischenring Kanäle angeordnet werden, die von einem Temperiermedium durchströmt werden. In diesem Fall besitzt der Zwischenring keine separate Heizeinrichtung. Die Erwärmung oder Kühlung erfolgt ausschließlich über das zirkulierende Temperiermedium, wobei jedoch die Aufstellung eines zusätzlichen Temperiergerätes erforderlich ist.If an air cooling is not sufficient, it is provided, the reinforcement separately to cool. In certain applications It may also be sufficient if arranged in the intermediate ring channels be flowed through by a temperature control medium. In this case owns the intermediate ring no separate heater. The warming or cooling takes place exclusively via the circulating tempering, but the establishment of a additional Temperature control unit required is.

Eine Kühlung kann auch durch den Einsatz eines Peltierelementes erfolgen.A cooling can also be done by using a Peltier element.

In der Praxis ist es zweckmäßig, auch die Temperatur von Kern und/oder der Armierung zu messen, wobei dies mittels Temperaturfühler oder Infrarotsensor erfolgen kann.In In practice, it is useful, too to measure the temperature of the core and / or the reinforcement, wherein this by means of temperature sensor or infrared sensor can be done.

Eine Messung der Werkstücktemperaturen kann in an sich bekannter Weise ebenfalls mittels eines Infrarotsensors vorgenommen werden.A Measurement of workpiece temperatures can in a conventional manner also by means of an infrared sensor be made.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The Invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the associated Show drawing:

1 ein Formwerkzeug mit indirekter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als Querschnitt, 1 a mold with indirect heating of the core, in a simplified representation as a cross section,

2 ein Blockschaltbild zur Verfahrensweise, 2 a block diagram of the procedure,

3 ein Diagramm zum Temperaturverlauf des Kerns, 3 a diagram of the temperature profile of the core,

4 ein Formwerkzeug mit direkter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als 4 a mold with direct heating of the core, in a simplified representation as

Querschnitt undCross section and

5 eine weitere Ausführung eines Formwerkzeuges mit direkter Beheizung des Kerns, in vereinfachter Darstellung als Querschnitt. 5 a further embodiment of a mold with direct heating of the core, in a simplified representation as a cross section.

Das in 1 gezeigte Formwerkzeug 1 besteht aus einem Kern 2, einer Armierung 6 und einem zwischen Kern 2 und Armierung 6 angeordnetem Zwischenring 5 mit integrierter elektrischer Widerstandsheizung 7 zur indirekten Beheizung des Kerns 2. Der Kern 2 besitzt einen Arbeitshohlraum 3 mit einem Durchmesser D, in den ein Rohling 4 aus Metall eingelegt und durch Kalt- oder Halbwarmumformen zu einem Werkstück gepresst wird.This in 1 Shaping tool shown 1 consists of a core 2 , a reinforcement 6 and one between core 2 and reinforcement 6 arranged intermediate ring 5 with integrated electrical resistance heating 7 for indirect heating of the core 2 , The core 2 has a working cavity 3 with a diameter D, in which a blank 4 made of metal and pressed by cold or warm forging to a workpiece.

Der Kern 2 kann aus Stahl, Hartmetall oder Keramik bestehen und ist von einem Zwischenring 5, der z. B. aus Keramik besteht, umschlossen. Der Zwischenring 5 ist von einer Armierung 6 umgeben, die den Kern 2 vorspannt. Der Verbund aus Kern 2, Zwischenring 5 und Armierung 6 stellt eine Baueinheit als Formwerkzeug dar, wobei Kern 2 und Zwischenring 5, zur Erzeugung der erforderlichen Vorspannung, in die Armierung 6 eingepresst werden.The core 2 Can be made of steel, carbide or ceramic and is of an intermediate ring 5 , the z. B. ceramic, enclosed. The intermediate ring 5 is of a reinforcement 6 surround the core 2 biases. The composite of core 2 , Intermediate ring 5 and reinforcement 6 represents a structural unit as a molding tool, wherein core 2 and intermediate ring 5 , to produce the required preload, in the reinforcement 6 be pressed.

In den Zwischenring 5 ist in einem geringen Abstand zur Mantelfläche des Kerns 2 ein elektrisches Heizelement 7 eingebettet, das an eine Stromversorgungseinheit angeschlossen ist. In einem radialen Abstand zu dem Heizelement 7 ist in dem Zwischenring 5 ein Temperaturfühler 8 zur Messung der Temperatur im Zwischenring 5 angeordnet. In der Armierung 6 sind Kühlbohrungen 9 angeordnet, die mit einer Flüssigkeitskühlvorrichtung 10 in Verbindung stehen, durch die erforderlichenfalls ein flüssiges Kühl- oder Temperiermedium geleitet wird. Das Formwerkzeug ist in an sich bekannter Weise in einem Gehäuse angeordnet, das in der Zeichnung nicht mit dargestellt ist.In the intermediate ring 5 is at a small distance to the lateral surface of the core 2 an electric heating element 7 embedded, which is connected to a power supply unit. At a radial distance to the heating element 7 is in the intermediate ring 5 a temperature sensor 8th for measuring the temperature in the intermediate ring 5 arranged. In the reinforcement 6 are cooling holes 9 arranged with a liquid cooling device 10 be connected by the necessary, a liquid cooling or tempering medium is passed. The mold is arranged in a conventional manner in a housing which is not shown in the drawing.

Mit Beginn der Produktionsaufnahme wird der Zwischenring 5 des Formwerkzeuges 1 auf eine vorgegebene oder vorbestimmte Temperatur T_V erwärmt. Ausgehend von dem herzustellenden Werkstück und den Materialeigenschaften des Verbundes Kern/Zwischenring/Armierung wird diese Temperatur T_V aufgrund von Berechnungen oder Erfahrungswerten festgelegt. In der Regel handelt es sich dabei um den Mittelwert zwischen der minimal (T_min) und maximal (T_max) möglichen Temperatur für die Feineinstellung des Durchmessers D des Arbeitshohlraumes. Die vorbestimmte Temperatur T_V wird auf einen solchen Wert festgelegt, der mit Produktionsaufnahme die Herstellung maßgenauer Werkstücke ermöglicht. Durch den Temperaturbereich zwischen T_min und T_max ist die mögliche Veränderung des Durchmessers D des Arbeitshohlraumes 3 definiert. Der Arbeitsbereich zur Feineinstellung liegt zwischen D_min und D_max und beträgt z.B. 0,06 mm. Dieser ist in 3 auf der Ordinate eingetragen.With the start of production, the intermediate ring 5 of the mold 1 heated to a predetermined or predetermined temperature T _V. Based on the workpiece to be produced and the material properties of the composite core / intermediate ring / reinforcement, this temperature T _{V is determined} on the basis of calculations or empirical values. As a rule, this is the mean value between the minimum (T _min ) and maximum (T _max ) possible temperature for the fine adjustment of the diameter D of the working cavity. The predetermined temperature T _V is set to such a value that allows the production of dimensionally accurate workpieces with production recording. Due to the temperature range between T _min and T _max is the possible change in the diameter D of the working cavity 3 Are defined. The working range for fine adjustment is between D _min and D _max and is eg 0.06 mm. This one is in 3 entered on the ordinate.

Die im laufenden Produktionsprozess aus dem Rohling 4 hergestellten Werkstücke werden mittels einer geeigneten Messeinrichtung 11 vermessen und das Messergebnis wird als elektrisches Signal an eine Steuer- und Regeleinheit 12 übermittelt, in der ein Vergleich zwischen Ist- und Sollwert vorgenommen wird. Der Sollwert D_soll für den Durchmesser der Werkstücke wird vorab in der Steuer- und Regeleinheit 12 gespeichert, an die auch die kontinuierlich mittels des Temperaturfühlers 8 gemessenen Werte für die Temperaturen im Zwischenring 5 übermittelt werden. Die zugehörige Messeinrichtung ist in 2 mit 13 gekennzeichnet. Über einen mit der Regel- und Steuereinheit verbundenen Rechner und einer auf diesem installierten Software werden bei auftretenden Maßabweichungen zwischen D_ist und D_soll die erforderlichen Temperaturwerte für die Kühlung der Armierung 6 oder Erwärmung des Zwischenringes 5 ermittelt und hiervon ausgehend die Heizeinrichtung 14 oder Kühleinrichtung 10 in Betrieb genommen, wobei durch die vorgenommene Veränderung der Arbeitstemperatur des Verbundes Kern, Zwischenring und Armierung der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 so verändert wird, dass die zu fertigenden Werkstücke 4 wieder die geforderte Maßhaltigkeit erreichen.The in-process production process from the blank 4 produced workpieces are determined by means of a suitable measuring device 11 measured and the measurement result is sent as an electrical signal to a control unit 12 transmitted, in which a comparison between actual and setpoint is made. The setpoint D _{should be} for the diameter of the workpieces in advance in the control unit 12 stored, to which also the continuous means of the temperature sensor 8th measured values for the temperatures in the intermediate ring 5 be transmitted. The associated measuring device is in 2 With 13 characterized. Be a connected to the regulating and control unit and a computer installed on this software when occurring deviations between D _and D _to the required temperature values for the cooling of the reinforcement 6 or heating of the intermediate ring 5 determined and starting from this, the heater 14 or cooling device 10 put into operation, whereby by the change made in the working temperature of the composite core, intermediate ring and reinforcement of the diameter D of the working cavity 3 is changed so that the workpieces to be produced 4 again achieve the required dimensional accuracy.

Wird durch den Vergleich von D_ist und D_soll der umgeformten Werkstücke festgestellt, dass ein Untermaß vorliegt, also D_ist kleiner als D_soll ist, so wird der Zwischenring 5 auf eine höhere Temperatur erwärmt. Durch die höhere Temperatur des Zwischenringes 5 erhöhen sich auch die Temperaturen von Armierung 6 und Kern 2, wodurch der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 des Kerns 2 auf das erforderliche Maß vergrößert wird.Is _is by comparing D and D _to determined the formed workpieces that an undersize is present, so D _is smaller than D _{is to} be so, the intermediate ring is 5 heated to a higher temperature. Due to the higher temperature of the intermediate ring 5 The temperatures of reinforcement also increase 6 and core 2 , whereby the diameter D of the working cavity 3 of the core 2 is increased to the required extent.

Im umgekehrten Fall, bei einem auftretenden Übermaß, erfolgt eine Absenkung der Temperatur des Verbundes aus Kern, Zwischenring und Armierung, durch eine entsprechende Kühlung. Dadurch wird der Durchmesser D des Arbeitshohlraumes 3 des Kerns 2 auf das erforderliche Maß verringert. Das Maß der Veränderung ist u. a. auch abhängig von den eingesetzten Werkstoffen für Kern, Zwischenring und Armierung.In the opposite case, with an occurring oversize, a lowering of the temperature of the composite of core, intermediate ring and reinforcement, by a corresponding cooling. As a result, the diameter D of the working cavity 3 of the core 2 reduced to the required level. The degree of change depends, among other things, on the materials used for core, intermediate ring and reinforcement.

Zur Veränderung der Durchmessers des Arbeitshohlraumes ist praktisch keine Unterbrechung des Produktionsprozesses erforderlich.to change the diameter of the working cavity is virtually no interruption of the Production process required.

In den 4 und 5 sind Ausführungen des Formwerkzeuges 1 mit einer direkten Beheizung des Kerns 2 gezeigt. Diese kommen dann zum Einsatz, wenn die Baugröße von Kern und Armierung die hierzu erforderlichen Einbauten ermöglicht. Der Kern 2 muss ausreichend groß sein bzw. genügend „Fleisch" besitzen, um die Bohrungen für die Zirkulation des Heizmediums im Kern 2 unterzubringen.In the 4 and 5 are versions of the mold 1 with a direct heating of the core 2 shown. These are then used when the size of the core and reinforcement For this required fittings allows. The core 2 must be sufficiently large or have enough "meat" to the holes for the circulation of the heating medium in the core 2 accommodate.

Eine direkte Beheizung des Kerns 2 hat den Vorteil, dass auf den Einsatz eines Zwischenringes verzichtet werden kann.A direct heating of the core 2 has the advantage that can be dispensed with the use of an intermediate ring.

4 zeigt eine Ausführung des Formwerkzeuges 1 mit einem Arbeitshohlraum 3 und einer Beheizung des Kerns 2 mittels eines flüssigen Heizmediums, wie Öl. Im Kern 2 sind entsprechende Bohrungen 7a für den Durchlauf des Heizmediums angeordnet. Vorlauf 7b und Rücklauf 7c für das Heizmedium sind an ein regelbares Temperiergerät angeschlossen. In der den Kern 2 umschließenden Armierung 6 sind Kühlbohrungen 9 für ein flüssiges Kühlmedium eingearbeitet, die als Kühlkreislauf mit einem regelbaren Kühlgerät in Verbindung stehen. Als Kühlmedium wird Öl eingesetzt. In der Armierung 6 ist ein Temperaturfühler 8 angeordnet. 4 shows an embodiment of the mold 1 with a working cavity 3 and a heating of the core 2 by means of a liquid heating medium, such as oil. At the core 2 are corresponding holes 7a arranged for the passage of the heating medium. leader 7b and return 7c for the heating medium are connected to a controllable temperature control unit. In the the core 2 enclosing reinforcement 6 are cooling holes 9 incorporated for a liquid cooling medium, which are connected as a cooling circuit with a controllable cooling device. Oil is used as the cooling medium. In the reinforcement 6 is a temperature sensor 8th arranged.

Die Ausführung von 5 unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten Formwerkzeug lediglich durch eine andere Art der Beheizung des Kerns 2. Zwischen dem Kern 2 und der Armierung 6 Ist die Induktionsspule 7d einer Induktionsheizung angeordnet. Die Wicklungen der Spule 7d sind in passgenauen Ausnehmungen 15 der Armierung untergebracht. Die Ausnehmungen 15 müssen ausreichend groß sein, damit die von der Armierung 6 auf den Kern 2 wirkende Vorspannung nicht mit auf die Wicklungen der Induktionsspule 7d übertragen wird. Die Induktionsheizung entspricht in ihrem sonstigen Aufbau an sich üblichen Heizungen dieser Bauart. Die Induktionsspule kann auch in entsprechenden Ausnehmungen des Kerns 2 angeordnet werden. Eine Isolierung der Wicklungen der Induktionsspule ist abhängig von der Hohe der auftretenden Temperaturen, da das übliche Isoliermaterial nur eine begrenzte Temperaturstabilität besitzt.The execution of 5 is different from the one in 4 shown mold only by a different way of heating the core 2 , Between the core 2 and the reinforcement 6 Is the induction coil 7d arranged an induction heater. The windings of the coil 7d are in precisely fitting recesses 15 housed the reinforcement. The recesses 15 must be big enough to withstand the reinforcement 6 to the core 2 acting bias is not on the windings of the induction coil 7d is transmitted. The induction heater corresponds in its other construction to conventional heaters of this type. The induction coil can also be in corresponding recesses of the core 2 to be ordered. An insulation of the windings of the induction coil is dependent on the height of the occurring temperatures, since the usual insulating material has only a limited temperature stability.

Der steuerungs- und regelungstechnische Ablauf ist analog wie bei der zuvor beschrieben indirekten Beheizung des Kerns. Zu berücksichtigen ist dabei, dass nicht der Zwischenring sondern der Kern erwärmt wird. Anstelle der Temperatur des Zwischenrings werden die in der Armierung gemessenen Temperaturwerte als korrigierte Werte an die Steuer- und Regeleinheit übermittelt. Eine Korrektur der gemessenen Temperaturwerte ist aufgrund der Kühlung der Armierung erforderlich.Of the Control and regulation process is analogous to the previously described indirect heating of the core. To be considered is that not the intermediate ring but the core is heated. Instead of the temperature of the intermediate ring are in the reinforcement measured temperature values as corrected values to the control and control unit transmitted. A correction of the measured temperature values is due to the cooling of the reinforcement required.

Claims

Method for producing metallic workpieces by cold or warm forging, in particular pressing, of blanks in a mold ( 1 ), which has at least one core ( 2 ) with a working cavity ( 3 ) and at least one reinforcement ( 6 ), which covers the core ( 2 ), characterized in that the core ( 2 ) by direct and / or indirect heating for adjusting the working cavity ( 3 ) to nominal size for the workpiece to be produced ( 4 ) is heated to a predetermined temperature and occurring deviations between actual and nominal dimensions of the workpieces ( 4 ) during the production process by further heating of the core ( 2 ) and / or cooling, at least the reinforcement ( 6 ), the size of the working cavity ( 3 ) and, if necessary, the prestressing of the reinforcement ( 6 ) are adapted to the nominal size.

A method according to claim 1, characterized in that the predetermined temperature is a temperature through which the working cavity ( 3 ) in its dimensions and / or the prestress of the reinforcement ( 6 ) is set so that, on the basis of calculations and / or empirical values, nominal and actual dimensions of the workpieces ( 4 ) and the corresponding bias of the core ( 2 ) by the reinforcement ( 6 ) will be produced.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that for the direct heating of the core in the core ( 2 ), on at least one side of the core ( 2 ) a heater ( 7a . 7b . 7c ) or the core ( 2 ) surrounding heating ( 7d ) is provided.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that for indirect heating between core ( 2 ) and reinforcement ( 6 ) a heatable metallic or ceramic intermediate ring ( 5 ) is provided.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating as inductive heating ( 7d ), as electrical resistance heating ( 7 ) or as heating ( 7a . 7b . 7c ) is operated by means of liquid heating or tempering.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the molding tool ( 1 ) is cooled by air cooling.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that for cooling the reinforcement ( 6 ) a liquid cooling or tempering medium is used.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature of at least one of the components, core ( 2 ), Intermediate ring ( 5 ), Reinforcement ( 6 ), and / or the workpiece ( 4 ) is measured.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the workpiece ( 4 ) is measured after the forming process and / or after a final aftertreatment.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the nominal size of the workpieces ( 4 ) is stored in a computer unit which, as electrical signals, displays the current measured values of the actual dimensions of the workpieces ( 4 ) and the current, measured temperature values are transmitted, wherein by means of a suitable software actual size and nominal size of the workpieces ( 4 ) and, if deviations occur, the required change in the predetermined or preset temperature for the core ( 2 ) is determined to determine the actual dimensions of the working cavity ( 3 ) and / or the prestressing of the reinforcement ( 6 ) in such a way that the actual and nominal dimensions of the workpieces ( 4 ), and the required heating or cooling process is triggered.

Forming tool for the production of metallic workpieces by cold or semi-hot forming, in particular pressing, from blanks, consisting of a core ( 2 ) with a working cavity and at least one reinforcement ( 6 ), which is the core ( 2 ), characterized in that for influencing the dimensions of the working cavity ( 3 ) and / or the prestressing of the reinforcement ( 6 ) in the core ( 2 ), on at least one side of the core ( 2 ) or between core ( 2 ) and reinforcement ( 6 ) at least one heater ( 7 . 7a . 7b . 7c . 7d ) and the reinforcement ( 6 ) is formed cool or tempered.

Molding tool according to claim 11, characterized in that the heating ( 7 ) in a metallic or ceramic intermediate ring ( 5 ) integrated between core ( 2 ) and reinforcement ( 6 ) is arranged.

Molding tool according to one of claims 11 or 12, characterized in that the heating as inductive heating ( 7a . 7b . 7c ), as electrical resistance heating ( 7 ) or as heating ( 7a . 7b . 7c ) is formed by means of liquid heating or tempering.

Molding tool according to one of claims 11 to 13, characterized in that the heating ( 7 . 7a . 7b . 7c . 7d ) is equipped with an insulation.

Forming tool according to one of claims 11 to 14, characterized in that in an arrangement of the heating between core ( 2 ) and reinforcement ( 6 ) as inductive heating the induction coil ( 7d ) to the geometry of the core serving as the conductor ( 2 ) and either in one of the outer perimeters of the core ( 2 ) or in one on the inner circumference of the reinforcement ( 6 ) recesses ( 15 ) is inserted, such that the of the reinforcement ( 6 ) is not applied to the induction coil ( 7d ) is transmitted.

Molding tool according to one of claims 11 to 15, characterized in that the intermediate ring ( 5 ) is equipped with one or more channels, which are connected to a heating or tempering device for liquid media.

Molding tool according to one of claims 11 to 16, characterized in that in the core ( 2 ) and / or the reinforcement ( 6 ) a temperature sensor ( 8th ) is arranged.

Mold tool according to one of claims 11 to 17, characterized in that the intermediate ring ( 5 ) consists of a metal with a high coefficient of thermal expansion.

Molding tool according to one of claims 11 to 18, characterized in that the reinforcement ( 6 ) is surrounded by a cooling device, via which a cooling medium on the reinforcement ( 6 ) and / or the intermediate ring ( 5 ).

Mold tool according to one of claims 11 to 19, characterized in that for cooling of reinforcement ( 6 ) or intermediate ring ( 5 ) a Peltier element is provided.

Mold tool according to one of claims 11 to 20, characterized in that the reinforcement ( 6 ) with cooling channels ( 9 ), through which a liquid cooling medium flows.

Molding tool according to one of claims 11 to 21, characterized in that the measurement of the temperature of core ( 2 ) and / or reinforcement ( 6 ) by means of an infrared sensor.