DE102007047314B4

DE102007047314B4 - Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken aus Blech

Info

Publication number: DE102007047314B4
Application number: DE102007047314.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Braun; Manfred Beck
Original assignee: HFS HOTFORMING SOLUTIONS GmbH
Current assignee: Hfs Hotforming Solutions De GmbH
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: DE102007047314A1

Abstract

Presswerkzeug zum Warmumformen oder/und Presshärten von Werkstücken (5a), vorzugsweise aus Blech, mit – einem Stempel (1a) mit einer Stempeloberfläche (2a) und mehreren, d. h. mehr als zwei im Stempel (1a) in Abstand von der Stempeloberfläche (2a) verlaufenden Strömungskanälen (12) für ein Wärme von dem Werkstück (5a) abführendes Medium, und – einer Matrize (3a) mit einer Matrizenoberfläche (4a) mit mehreren, d. h. mehr als zwei in der Matrize (3a) im Abstand von der Matrizenoberfläche (4a) verlaufenden Strömungskanälen (11a) für ein Wärme von dem Werkstück (5a) abführendes Medium, wobei die Strömungskanäle (11a, 12) derart in Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2a, 4a) verlaufen, dass entlang der Strömung ein gewünschtes Wärmeübergangsprofil zwischen dem Werkstück (5a) und dem Medium erreicht wird, indem vorgesehen ist, – dass die in dem Stempel (1a) angeordneten mehreren Strömungskanäle (12) nebeneinander jeweils in gleichem Abstand zur Stempeloberfläche (2a) angeordnet sind und diese Strömungskanäle (12) zueinander so angeordnet sind, dass benachbarte Strömungskanäle (12) jeweils gleich zueinander beabstandet sind, und – dass die in der Matrize (3a) angeordneten mehreren Strömungskanäle (11a) nebeneinander jeweils in gleichem Abstand zur Matrizenoberfläche (4a) angeordnet sind und diese Strömungskanäle (11a) zueinander so angeordnet sind, dass benachbarte Strömungskanäle (11a) jeweils gleich zueinander beabstandet sind, wobei vorgesehen ist, dass die in dem Stempel (1a) angeordneten Strömungskanäle (12) hinsichtlich ihres Querschnitts breiter ausgebildet sind als die in der Matrize (3a) angeordneten Strömungskanäle (11a).

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.
Das Dokument D1 ( DE 10 2004 027 109 A1 ) beschreibt ein temperierbares Werkzeug zum Presshärten. Das Werkzeug weist integrierte Rohrleitungen auf, die parallel zur Formfläche verlaufen.
Das Dokument D2 ( DE 10 2006 008 359 A1 ) beschreibt ein temperierbares Werkzeug aus einem gegossenen metallischen Werkstoff zur Formgebung von Werkstücken. Das Werkzeug weist zur Formgebung der Werkstücke einen Formhohlraum mit einer Formfläche auf. Die Formfläche ist durch Kühl-/Wärmekammern temperiert.
Das Dokument D3 ( DE 10 2007 003 745 A1 ) beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung pressgehärteter Bauteile aus einem Stempel und einer Matrize. Zur Kühlung des Werkzeugs sind im Stempel und in der Matrize Kühlkanäle 11 vorgesehen, wobei jeweils mehrere Kühlkanäle nebeneinander in gleichem Abstand zur Stempel- bzw. Matrizenoberfläche angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Presswerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine wirksamere Kühlung eines durch das Presswerkzeug geformten und/oder pressgehärteten Werkstücks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. 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. Ferner ist das Werkzeug gekennzeichnet dadurch, dass mehrere Strömungskanäle nebeneinander jeweils im gleichen Abstand zur Stempel- oder/und Matrizenoberfläche angeordnet sind.
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.
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 näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Presswerkzeug in einem Längsschnitt,
2 das Presswerkzeug von 1 in einem Querschnitt,
3 das Presswerkzeug von 1 in einem weiteren Querschnitt und
4 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Presswerkzeug 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, 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 11a 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 2a, während die Strömungskanäle 11a 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 (5a), vorzugsweise aus Blech, mit – einem Stempel (1a) mit einer Stempeloberfläche (2a) und mehreren, d. h. mehr als zwei im Stempel (1a) in Abstand von der Stempeloberfläche (2a) verlaufenden Strömungskanälen (12) für ein Wärme von dem Werkstück (5a) abführendes Medium, und – einer Matrize (3a) mit einer Matrizenoberfläche (4a) mit mehreren, d. h. mehr als zwei in der Matrize (3a) im Abstand von der Matrizenoberfläche (4a) verlaufenden Strömungskanälen (11a) für ein Wärme von dem Werkstück (5a) abführendes Medium, wobei die Strömungskanäle (11a, 12) derart in Abstand von der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2a, 4a) verlaufen, dass entlang der Strömung ein gewünschtes Wärmeübergangsprofil zwischen dem Werkstück (5a) und dem Medium erreicht wird, indem vorgesehen ist, – dass die in dem Stempel (1a) angeordneten mehreren Strömungskanäle (12) nebeneinander jeweils in gleichem Abstand zur Stempeloberfläche (2a) angeordnet sind und diese Strömungskanäle (12) zueinander so angeordnet sind, dass benachbarte Strömungskanäle (12) jeweils gleich zueinander beabstandet sind, und – dass die in der Matrize (3a) angeordneten mehreren Strömungskanäle (11a) nebeneinander jeweils in gleichem Abstand zur Matrizenoberfläche (4a) angeordnet sind und diese Strömungskanäle (11a) zueinander so angeordnet sind, dass benachbarte Strömungskanäle (11a) jeweils gleich zueinander beabstandet sind, wobei vorgesehen ist, dass die in dem Stempel (1a) angeordneten Strömungskanäle (12) hinsichtlich ihres Querschnitts breiter ausgebildet sind als die in der Matrize (3a) angeordneten Strömungskanäle (11a).
Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einander gegenüberliegenden Abschnitten der Stempeloberfläche (2a) und der Matrizenoberfläche (4a) jeweils die in dem Stempel (1a) angeordneten Strömungskanäle (12) eine größere Querschnittsbreite als die in der Matrize (3a) angeordneten Strömungskanäle (11a) aufweisen, derart, dass den in dem Stempel (1a) angeordneten Strömungskanälen (12) je nach der Breite dieses Strömungskanals jeweils zwei bis fünf in der Matrize (3a) angeordnete Strömungskanäle (11a) gegenüberliegend angeordnet sind.
Presswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (11a, 12) der Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2a, 4a) unter entlang der Strömung gleichmäßigem Wärmeübergang zwischen Werkstück (5a) und Medium folgt.
Presswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) im Querschnitt an die Kontur der Stempel- oder/und Matrizenoberfläche (2a, 4a) angepasst ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung der Abstand des Strömungskanals (11a, 12) von der Stempel oder/und Matrizenoberfläche (2a, 4a) unter Ausgleich des infolge Erwärmung des Mediums verminderten Wärmeübergangs verringert.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf mit mehreren, parallel geschalteten Strömungskanälen vorgesehen ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle räumlich zueinander parallel verlaufen.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlkreisläufe vorgesehen sind.
Presswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Stempel (1a) und die Matrize (3a) getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen sind.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf mit einstellbarem Volumenstrom oder/und einstellbarer Temperatur des Kühlmediums vorgesehen ist.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (1a) oder/und die Matrize (3a) ein kastenartiges Außenteil (6, 7) und ein in das Außenteil (6, 7) versenktes Einsatzteil (8, 9) umfasst bzw. umfassen.
Presswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Strömungskanal (11a) in den Boden des kastenartigen Außenteils (6, 7) oder/und in die am Boden zugewandte Oberfläche des Einsatzteils (8, 9) eingearbeitet, insbesondere eingefräst, ist.
Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (11a, 12) durch Fräsbearbeitung oder/und dass das Presswerkzeug im Gießverfahren hergestellt ist.