DE102007047314A1

DE102007047314A1 - Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken aus Blech

Info

Publication number: DE102007047314A1
Application number: DE200710047314
Authority: DE
Inventors: Michael Braun; Manfred Beck
Original assignee: Individual
Current assignee: Hfs Hotforming Solutions De GmbH
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: DE102007047314B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken (5) aus Blech, mit wenigstens einem im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) des Werkzeugs verlaufenden Strömungskanal (11, 12) für ein Wärme von dem Werkstück (5) abführendes Medium. Erfindungsgemäß verläuft der Strömungskanal derart im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche, dass sich in Strömungsrichtung ein gewünschtes Wärmeübergangsprofil zwischen dem Werkstück und dem Medium ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken aus Blech, mit wenigstens einem im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche des Werkzeugs verlaufenden Strömungskanal für ein Wärme von dem Werkstück abführendes Medium.
Herkömmlich weisen derartige Presswerkzeuge gebohrte Strömungskanäle auf. Alternativ sind solche Strömungskanäle durch Rohre gebildet, die in den Stempel oder/und die Matrize eingegossen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Presswerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dass eine wirksamere Kühlung eines durch das Presswerkzeug geformten und/oder pressgehärteten Werkstücks ermöglicht.
Das diese Aufgabe lösende Werkzeug nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal derart im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche verläuft, dass entlang der Strömung ein gewünschtes Wärmeübergangsprofil zwischen dem Werkstück und dem Medium erreicht wird.
Im Unterschied zu den geradlinig durch den Stempel oder/und die Matrize hindurch verlaufenden Strömungskanälen nach dem Stand der Technik wird durch einen solchen, z. B. der Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche und damit der Kontur des in der Regel gekrümmten Werkstücks angepassten Verlauf des Strömungskanals eine entlang der Kühlmittelströmung konstante Wärmestromdichte zwischen dem Werkstück und dem Kühlmedium erreicht. Entsprechend kühlt sich das Werkstück gleichmäßig ab. Die Homogenität der Härtung und damit die Qualität pressgehärteter Werkstücke steigen. Die gleichmäßige Abkühlung führt letztlich auch zu einer Verringerung der Bearbeitungsdauer der Werkstücke.
Quer zur Strömungsrichtung kann der zum Strömungskanal, d. h. der Querschnitt des Strömungskanals, der Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche angepasst sein. Alternativ oder zusätzlich können in einer solchen Querschnittsebene mehrere Strömungskanäle nebeneinander gebildet und jeweils im gleichen Abstand zu den genannten Oberflächen angeordnet sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann sich in Strömungsrichtung der Abstand des Strömungskanals von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche verringern. Durch diese Verringerung kann ein infolge Erwärmung des Mediums in Strömungsrichtung verminderter Wärmeübergang ausgeglichen werden.
Zweckmäßig ist ein Kühlkreislauf mit mehreren, parallel geschalteten Strömungskanälen vorgesehen. Eine besonders gleichmäßige Abkühlung wird erreicht, wenn diese Strömungskanäle räumlich zueinander parallel verlaufen.
Es können mehrere voneinander getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen sein. Zweckmäßig sind für den Stempel und die Matrize unterschiedliche Kühlkreisläufe vorgesehen.
Der Volumenstrom oder/und die Temperatur des Kühlmediums ist/sind vorzugsweise einstellbar.
Der Stempel oder/und die Matrize umfassen zweckmäßig ein kastenartiges Außenteil und ein in das Außenteil versenktes Einsatzteil.
Der wenigstens eine Strömungskanal kann in den Boden des kastenartigen Außenteils oder/und in die dem Boden zugewandte Seite des Einsatzteils eingearbeitet, vorzugsweise eingefräst, sein. Die genannten Teile des Stempels und der Matrize ließen sich auch durch Gießen herstellen. Durch Gießen lassen sich Stempel und Matrize jeweils auch einteilig herstellen.
Vorzugsweise erstreckt sich der gesamte, dem Werkstück zugewandte Boden des kastenartigen Außenteils oder die gesamte, dem Boden zugewandte Seitenfläche des Einsatzteils parallel zu der Stempeloberfläche bzw. Matrizenoberfläche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen nähr erläutert. Es zeigen:
1 ein Presswerkzeug nach der Erfindung in einem Längsschnitt,
2 das Presswerkzeug von 1 in einem Querschnitt,
3 das Presswerkzeug von 1 in einem weiteren Querschnitt und
4 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Presswerkzeug nach der Erfindung in einem Längsschnitt.
Ein in den 1 bis 3 gezeigtes Presswerkzeug weist einen Stempel 1 mit einer (im Mittel) konvexen Stempeloberfläche 2 und eine Matrize 3 mit einer (im Mittel) konkaven Matrizenoberfläche 4 auf. Zwischen der Stempeloberfläche 2 und der Matrizenoberfläche 4 befindet sich ein durch das Presswerkzeug geformtes Werkstück 5 aus Blech. Das Werkstück könnte auch vorgeformt und nur zwecks Presshärtung in das Presswerkzeug eingelegt sein.
Sowohl der Stempel 1 als auch die Matrize 3 umfassen ein kastenartiges Außenteil 6 bzw. 7 sowie ein in das Außenteil hinein versenktes Einsatzteil 8 bzw. 9.
In die Böden der kastenartigen Außenteile 6 und 7 sind unter Bildung von Stegen 10 Strömungskanäle 11 für ein Wärme abführendes Medium, z. B. Wasser, eingefräst. Die Einsatzteile 8 und 9 sitzen mit ihren den Böden zugewandten Seitenflächen auf den verbleibenden Abschnitten der Böden, d. h. den Stegen 10, auf und schließen die Strömungskanäle 11 ab. Es versteht sich, dass die Außen- und Einsatzteile gegeneinander abgedichtet sein können, so dass Kühlmittel nicht nach außen dringt.
Die Strömungskanäle 11 laufen zueinander parallel. Wie die Schnittdarstellung von 1 erkennen lässt, erstrecken sich die Bodenflächen, in welche die Strömungskanäle 11 eingefräst sind, erstrecken sich parallel zu der Stempeloberfläche 2 bzw. Matrizenoberfläche 4. Entsprechend haben alle Strömungskanäle 11 etwa den gleichen kürzesten Abstand zur Stempeloberfläche 2 bzw. Matrizenoberfläche 4.
Auch folgen die Kanäle 11 auch in Strömungsrichtung der Kontur der Stempel bzw. Matrizenoberfläche, wie sich 2 entnehmen lässt.
Wie aus 2 ferner hervorgeht, setzen sich die Strömungskanäle 11 in Seitenwänden der kastenartigen Außenteile 6 und 7 fort. Gemeinsame Anschluss- bzw. Sammelleitungen (nicht gezeigt) für alle Strömungskanäle 11 befinden sich auf den der Stempel- bzw. Matrizenoberfläche abgewandten oder den dazu senkrechten Seiten des Presswerkzeugs. Anschlussleitungen könnten auch in der Weise gebildet sein, dass die Strömungskanäle 11, insbesondere abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind für den Stempel und die Matrize getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Strömungskanäle quer zum Presswerkzeug. Sie können sich auch in dessen Längsrichtung erstrecken, wobei es allerdings wegen der längeren Wegstrecke zu einer stärkeren Abkühlung des Kühlmediums kommt. Auch ein schräger Verlauf wäre möglich.
Die nebeneinander verlaufenden Kühlkanäle 11 könnten auch unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in den vorangehenden Figuren bezeichnet sind und den betreffenden Bezugszahlen der Buchstabe a beigefügt ist.
In einer Matrize 3a sind Strömungskanäle 110 gebildet, die in Form und Abmessungen den Strömungskanälen 11 des vorangehend beschriebenen Presswerkzeugs entsprechen. Ein Stempel 1a weist gegenüber den Strömungskanälen 11a verbreiterte Strömungskanäle 12 auf.
Wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel folgen die Strömungskanäle 12 in Strömungsrichtung der Kontur der Stempeloberfläche 4a, während die Strömungskanäle 110 in ihrem Verlauf der Matrizenoberfläche 4a angepasst sind.
Durch die beschriebene Anordnung der Strömungskanäle innerhalb des Presswerkzeugs wird eine gleichmäßige Abkühlung des Werkstücks 5 bzw. 5a und damit beim Presshärten eine gleichmäßige Härtung erreicht.

Claims

Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken (5), vorzugsweise aus Blech, mit wenigstens einem im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) des Werkzeugs verlaufenden Strömungskanal (11, 12) für ein Wärme von dem Werkstück (5) abführendes Medium, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (11, 12) derart im Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) verläuft, dass entlang der Strömung ein gewünschtes Wärmeübergangsprofil zwischen dem Werkstück (5) und dem Medium erreicht wird.
Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass s der Strömungskanal (11, 12) der Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) unter entlang der Strömung gleichmäßigem Wärmeübergang zwischen Werkstück (5) und Medium folgt.
Presswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) im Querschnitt an die Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) angepasst ist oder/und dass mehrere Strömungskanäle (11) nebeneinander jeweils im gleichen Abstand zur Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) angeordnet sind.
Presswerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung der Abstand des Strömungskanals (11, 12) von der Stempel oder/und Matrizenoberfläche (2, 4) unter Ausgleich des infolge Erwärmung des Mediums verminderten Wärmeübergangs verringert.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf mit mehreren, parallel geschalteten Strömungskanälen vorgesehen ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle räumlich zueinander parallel verlaufen.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlkreisläufe vorgesehen sind.
Presswerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Stempel (1) und die Matrize (3) getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen sind.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf mit einstellbarem Volumenstrom oder/und einstellbarer Temperatur des Kühlmediums vorgesehen ist.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (1) oder/und die Matrize (3) ein kastenartiges Außenteil (6,7) und ein in das Außenteil (6, 7) versenktes Einsatzteil (8, 9) umfasst bzw. umfassen.
Presswerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Strömungskanal (11) in den Boden des kastenartigen Außenteils (6, 7) oder/und in die dem Boden zugewandte Oberfläche des Einsatzteils (8, 9) eingearbeitet, insbesondere eingefräst, ist.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (11, 12) durch Fräsbearbeitung oder/und dass das Presswerkzeug im Gießverfahren hergestellt ist.