DE102008055106A1

DE102008055106A1 - Tool for forming a workpiece made of boron-containing steel, comprises a form surface turned in operation of a workpiece, and channels, which are arranged for cooling or heating medium

Info

Publication number: DE102008055106A1
Application number: DE200810055106
Authority: DE
Inventors: Ralf Kolleck; Stefan Pfanner; Wolfgang Weiss
Original assignee: Technische Universitaet Graz
Current assignee: Technische Universitaet Graz
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

The tool (10) comprises a form surface (18) turned in operation of a workpiece (16), and channels (20), which are arranged for cooling or heating medium. The channels are original recesses in the form surface that are closed by a cover. The cover and the channels have a cover layer in the form surface. The cover layer is subjected through deposit welding on the cover and the channels are subjected in the adjacent area of the form surface. The cover is a sheet metal. The cover layer is processed in machining manner. The width of the channel changes over its length. The tool (10) comprises a form surface (18) turned in operation of a workpiece (16), and channels (20), which are arranged for cooling or heating medium. The channels are original recesses in the form surface that are closed by a cover. The cover and the channels have a cover layer in the form surface. The cover layer is subjected through deposit welding on the cover and the channels are subjected in the adjacent area of the form surface. The cover is a sheet metal. The cover layer is processed in machining manner. The width of the channel changes over its length. The channels are rectangular in cross-sections. An element is introduced into the channel and influences current. A heating coil is equipped in the channel and the channels are arranged only in a part area of the tool. The channels are uniformly distributed over the tool. The cover layer that is applied by laser deposition welding is section wisely applied on the total form surface. The cover layer is abrasion resistant. An independent claim is included for a method for the production of a tool for forming metallic workpieces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Formen von Werkstücken mithilfe temperierter Prozesse – insbesondere dem Presshärten von Stahl oder dem Spritzgießen, wobei das Werkzeug eine im Betrieb einem Werkstück zugewandte Formoberfläche aufweist, unter der Kanäle für ein Kühl- oder Heizmedium angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeuges für das Formen derartiger Werkstücke.The The invention relates to a tool for molding workpieces using tempered processes - especially press hardening of steel or injection molding, the tool being a In operation, a mold surface facing a workpiece under the channels for cooling or heating medium are arranged. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a tool for molding such workpieces.

Zunehmend werden metallische Werkstücke, insbesondere aus borhaltigem Stahl, mittels Presshärten umgeformt, um den immer höheren Anforderungen, die an Strukturbauteile im Kraftfahrzeugbau gestellt werden, gerecht zu werden.Increasingly become metallic workpieces, in particular from boron-containing Steel, formed by press hardening, around the ever higher Requirements placed on structural components in the automotive industry are going to meet.

Beim Umformen mit Presshärten wird ein Werkstück üblicherweise in einem Ofen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt. Anschließend wird das erwärmte Werkstück aus dem Ofen entnommen und in ein Umformwerkzeug eingelegt. In dem Umformwerkzeug wird das Werkstück warm umgeformt und rasch abgekühlt, so dass das austenitische Gefüge des Werkstückes in martensitisches Gefüge umgewandelt wird, was eine hohe Festigkeit bewirkt.At the Forming with press hardening usually becomes a workpiece heated to austenitizing temperature in an oven. Subsequently, the heated workpiece removed from the oven and placed in a forming tool. By doing Forming tool, the workpiece is hot formed and quickly cooled so that the austenitic structure of the Workpiece converted into martensitic structure becomes what causes a high strength.

Strukturbauteile im Kraftfahrzeugbau müssen jedoch gegebenenfalls zusätzlich zu hochfesten Bereichen zumindest bereichsweise eine hohe Dehnbarkeit aufweisen. Dies kann zum Beispiel bei einer B-Säule einer Kraftfahrzeugkarosserie der Fall sein; hier ist im oberen Bereich wird eine hohe Festigkeit gefordert, während im unteren Bereich eine hohe Verformbarkeit im Crash-Falle vorteilhaft ist. Das Strukturbauteil soll also Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeiten und Dehnbarkeiten haben.structural components in the automotive industry, however, may need additional to high strength areas at least partially high elasticity exhibit. For example, this can be done with a B-pillar Vehicle body be the case; here is in the upper area high strength is required while in the lower one Range a high deformability in a crash case is advantageous. The Structural component should therefore areas with different strengths and have distensibility.

Die Herstellung eines Strukturbauteils mit unterschiedlichen Festigkeitsbereichen ist aus der WO 2006/128821 A1 bekannt. Das Umformwerkzeug, das zum Umformen des Werkstückes verwendet wird, weist dazu eine Temperiereinrichtung in Form von eingebohrten Kanälen auf, durch die ein kühlendes Medium geführt ist. Die eingebohrten Kanäle sind nicht gleichmäßig im Werkzeug verteilt, so dass bestimmte Abschnitte des Werkzeuges auf eine niedrigere Temperatur gekühlt werden als andere Abschnitte des Werkzeuges. Der Bereich des umzuformenden Werkstückes, das mit dem gekühlteren Abschnitt in Kontakt kommt, wird mit einer Geschwindigkeit abgeschreckt, die für die Entstehung des angestrebten Härtegefüges ausreichend ist, was zu einer höheren Festigkeit dieses Bereiches führt. Nach dem Umformen weist das Werkstück also unterschiedliche Festigkeitsbereiche auf.The production of a structural component with different strength ranges is from the WO 2006/128821 A1 known. The forming tool, which is used for forming the workpiece, has for this purpose a tempering device in the form of drilled channels, through which a cooling medium is guided. The drilled channels are not evenly distributed in the tool so that certain portions of the tool are cooled to a lower temperature than other portions of the tool. The area of the workpiece to be formed, which comes into contact with the cooled section, is quenched at a rate sufficient to give rise to the desired hardness structure, resulting in a higher strength of this area. After forming, the workpiece thus has different strength ranges.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die durch Tieflochbohrungen in das Werkzeug eingebrachten Kanäle bei immer kleiner werdenden Kühlbereichen respektive -querschnitten nur bedingt eingesetzt werden können.adversely in the prior art is that through deep hole drilling in the Tool introduced channels at ever smaller Cooling areas or cross-sections used only conditionally can be.

Ebenfalls ist bekannt, dass vorgeformte Kanäle, also beispielsweise Rohre, die der Temperierung von Werkzeugen dienen, in der Gussform des Werkzeuges positioniert werden können und anschließend die Kanäle im Werkzeug beim Giessen desselben festzulegen.Also is known that preformed channels, so for example Tubes, which serve the temperature control of tools, in the mold of the tool can be positioned and then determine the channels in the tool when casting the same.

Nachteilig daran ist, dass das Positionieren der vorgeformten Kanäle in der Gussform aufwendig ist. Ferner können so die Kanäle im Werkzeug nicht mehr verändert werden, wenn erkannt wird, dass Bereiche des Werkstückes nicht ausreichend temperiert werden.adversely because of that, the positioning of the preformed channels is elaborate in the mold. Furthermore, so can the channels no longer be changed in the tool when it is detected that areas of the workpiece are not sufficiently tempered.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Werkzeug zum Presshärten metallischer Werkstücke mit einfach herzustellenden Kanälen, die der Kühlung oder Erwärmung des Werkzeuges dienen, bereitzustellen. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeuges für das Presshärten metallischer Werkstücke bereitzustellen.The The object of the invention is a tool for press hardening metallic workpieces with easy-to-manufacture channels, the cooling or heating of the tool serve to provide. Furthermore, the object of the invention therein, a method of manufacturing such a tool for to provide press hardening of metallic workpieces.

Dies wird bei einem Werkzeug zum Presshärten metallischer Werkstücke eingangs genannter Art dadurch erreicht, dass die Kanäle ursprünglich Vertiefungen in der Formoberfläche sind, die durch eine Abdeckung vorzugsweise in Form eines Blechs verschlossen sind, wobei die Abdeckung und wenigstens einem jeweiligen Kanal benachbarte Bereiche der Formoberfläche eine Deckschicht aufweisen, die durch eine Auftragschweißung auf die Abdeckung und die wenigstens einem jeweiligen Kanal benachbarten Bereiche aufgebracht ist. Diese Auftragschweißung kann zum Beispiel unter Zuhilfenahme der Laserauftragschweißtechnologie aufgebracht werden, was den Vorteil einer relativ kleinen Wärmeeinflußzone mit sich bringt und auch die Möglichkeit bietet, hoch verschleißfeste abrasive Schichten aufzubringen, welche mit anderen Verfahren nicht in selbiger Qualität appliziert werden könnten.This is used in a tool for press hardening metallic workpieces Initially mentioned type achieved by the fact that the channels originally depressions in the mold surface are closed by a cover, preferably in the form of a sheet are, wherein the cover and at least one respective channel adjacent areas of the mold surface a cover layer have, by a hard surfacing on the cover and the at least one respective channel adjacent areas is applied. This surfacing can, for example be applied with the aid of laser cladding technology, which has the advantage of a relatively small heat affected zone and also offers the possibility of highly wear-resistant to apply abrasive layers which are not with other methods could be applied in same quality.

Gemäß der Erfindung sind die Kanäle, die der Temperierung des Werkzeuges, also der Kühlung oder der Erwärmung, dienen, Vertiefungen in der Formoberfläche des Werkzeuges, die von einer Abdeckung abgedeckt sind. Auf der Abdeckung und Bereichen, die einem Kanal benachbart sind, ist eine Deckschicht vorgesehen, die durch Laserauftragsschweißen aufgebracht ist. Durch diese Deckschicht ist die Abdeckung mit dem Grundkörper des Werkzeuges verbunden. Die Deckschicht kann auch aus einem im Vergleich zur übrigen Form höherwertigem Werkstoff bestehen.According to the Invention are the channels, the temperature of the tool, So cooling or heating, serve wells in the mold surface of the tool, by a cover are covered. On the cover and areas surrounding a canal are adjacent, a cover layer is provided by laser deposition welding is applied. Through this cover layer is the cover with the Main body of the tool connected. The cover layer can also from a higher quality compared to the rest of the form consist.

Die so gestalteten Kanäle liegen vorteilhafterweise dicht unter der Formoberfläche und können bei Benutzung des Werkzeugs ein Heiz- oder Kühlmedium führen, durch dass ein Werkstück beim Umformen gezielt erwärmt oder gekühlt werden kann, was zu einer Änderung der Festigkeit und der Dehnbarkeit des umgeformten Werkstückes führt. Die Dicke der Deckschicht kann dem Einsatzzweck entsprechend angepasst und insbesondere relativ (in Bezug auf die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen) dünn sein, so dass ein Wärmeübergang zwischen Medium und Werkstück vergleichsweise gezielt und schnell erfolgen kann.The so-designed channels are vorteilhaf terweise close to the mold surface and can lead to a heating or cooling medium in use of the tool by the fact that a workpiece can be selectively heated or cooled during forming, resulting in a change in the strength and the extensibility of the formed workpiece. The thickness of the cover layer can be adapted to the intended use and in particular can be relatively thin (with respect to the solutions known from the prior art), so that a heat transfer between the medium and the workpiece can be comparatively targeted and rapid.

Bei der Herstellung werden erprobte Technologien verwendet, nämlich Fräsen zur Herstellung der Vertiefungen und Laserauftragsschweißen zur Aufbringung der Deckschicht. Durch Laserauftragsschweißen wird eine hochwertige Oberflächenschicht hergestellt. Die Kanäle sind sehr nah an der Oberfläche des Werkzeuges ausgebildet, was zu einer sehr effizienten Temperierung des Werkzeuges führt. Außerdem können solche Kanäle in sehr kleinen Bereichen und in kompliziert angeformten Bereichen des Werkzeuges eingebracht werden. Auch können solche Kanäle nachträglich in Werkzeuge, die bereits temperiert werden, eingebracht werden, falls festgestellt wird, dass bestimmte Bereiche des Werkzeuges zu gering und/oder zu hoch temperiert sind. Dabei können solche Kanäle an bereits bestehende Kanäle angeschlossen werden, weshalb kein weiterer Kreislauf mit einem Kühl- oder Heizmedium notwendig ist.at The production uses proven technologies, namely Milling for the production of recesses and laser deposition welding for applying the cover layer. By laser deposition welding a high quality surface layer is produced. The Channels are very close to the surface of the tool trained, which leads to a very efficient temperature control of the tool. Besides, such channels can be in very small areas and in intricately molded areas of the tool be introduced. Also, such channels can subsequently in tools that are already tempered, be introduced if it is determined that certain areas the tool are too low and / or too high tempered. there Such channels can be connected to existing channels be connected, so no further circuit with a Cooling or heating medium is necessary.

Vorzugsweise ist die Deckschicht spanabhebend bearbeitet. Die Deckschicht erhält durch Fräsen, Schleifen usw. eine bestimmte Oberflächenrauhigkeit und/oder eine bestimmte Oberflächenstruktur und kann so einfach an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.Preferably the cover layer is machined. The cover layer receives by milling, grinding, etc. a certain surface roughness and / or a particular surface structure and can be so easily adapted to different requirements.

Die Breite der Kanäle kann sich über ihre Länge ändern, d. h. die Breite der Kanäle nimmt ab oder zu. Die Änderung der Strömungsquerschnitte wirkt sich auf die Temperierung des Werkzeuges aus. Somit können umgeformte Werkstücke mit einer Festigkeit hergestellt werden, die sich über ihre Länge ändert. Die Temperierung des Werkzeuges kann an unterschiedlichste Anforderungen angepasst werden.The Width of the channels can change over their length, d. H. the width of the channels decreases or decreases. The change the flow cross-sections affects the temperature of the tool. Thus, reshaped workpieces be made with a strength that extends over their length changes. The temperature of the tool can be adapted to different requirements.

Bevorzugt sind die Kanäle im Querschnitt gesehen rechteckig. Rechteckige Vertiefungen können besonders einfach in die Formoberfläche des Werkzeuges eingebracht werden. Genauso gut könnten die Kanäle im Querschnitt gesehen dreieckig, halbkreisförmig, trapezförmig usw. sein.Prefers the channels are rectangular in cross section. Rectangular Recesses can be particularly easy in the mold surface of the tool are introduced. Just as well could the Channels seen in cross-section triangular, semicircular, be trapezoidal, etc.

Auch kann wenigstens ein Element in die Kanäle eingebracht sein, das die Strömung, also die Strömungsgeschwindigkeit, den Massendurchsatz und die Turbulenz, in den Kanälen beeinflusst. Dies wirkt sich auf die Temperierung des Werkzeuges aus.Also at least one element can be introduced into the channels, that the flow, that is the flow velocity, Mass flow and turbulence, in the channels influenced. This affects the temperature of the tool.

Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Heizwendel, in den Kanälen vorgesehen. Nach dem Einbringen der Vertiefungen in die Formoberfläche wird das elektrische Heizelement in diese Vertiefungen eingelegt. Durch das anschließende Anbringen der Abdeckung wird das elektrische Heizelement in den Kanälen festgelegt.According to one Embodiment is at least one electric heating element, in particular a heating coil, provided in the channels. After introducing the depressions into the mold surface the electric heating element is inserted in these recesses. By subsequently attaching the cover is the electrical heating element set in the channels.

Die Kanäle sind bevorzugt in einem Bereich des Werkzeuges vorgesehen. Somit kann das Werkzeug unterschiedlich erwärmt und/oder gekühlt werden, weshalb das umgeformte Werkstück Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeiten und Dehnbarkeiten aufweist.The Channels are preferably provided in a region of the tool. Thus, the tool can be heated and / or heated differently be cooled, which is why the formed workpiece Having areas with different strengths and distensibilities.

Alternativ können die Kanäle gleichmäßig über das Werkzeug verteilt vorgesehen sein. So wird das Werkzeug in allen Bereichen gleichmäßig temperiert, weshalb das umgeformte Werkstück im wesentlichen in allen Abschnitten die gleiche Festigkeit und Dehnbarkeit aufweist.alternative can cross the channels evenly the tool can be distributed. This is how the tool works in all Areas evenly tempered, which is why the formed workpiece essentially in all sections has the same strength and ductility.

Die Deckschicht, die durch Laserauftragsschweißen aufgebracht ist, kann entweder abschnittsweise auf der Formoberfläche oder auf der gesamten Formoberfläche des Werkzeuges aufgebracht sein. Beim Laserauftragsschweißen können verschiedenste Materialien verwendet werden, somit können Werkzeuge mit Oberflächen hergestellt werden, die unterschiedliche (beispielsweise mechanische, ther mische, physikalische, elektrische oder chemische) Eigenschaften haben. Da die Deckschicht auch nur in Teilbereichen der Formoberfläche vorgesehen sein kann, können die Oberflächeneigenschaften auch lokal verändert sein.The Cover layer applied by laser deposition welding is, either in sections on the mold surface or applied to the entire mold surface of the tool be. In laser deposition welding, a wide variety of Materials can be used, thus tools can be used Surfaces are produced, the different (for example mechanical, thermal, physical, electrical or chemical) Have properties. Because the topcoat even in partial areas the mold surface can be provided can the surface properties also changed locally be.

Vorzugsweise ist die Deckschicht, die durch Laserauftragsschweißen aufgebracht ist, abriebfest. Durch das Laserauftragsschweißen ist einfach und schnell eine sehr hochwertige Verschleißschicht gebildet, was die Lebensdauer des Werkzeuges erhöht.Preferably is the topcoat applied by laser deposition welding is, abrasion resistant. Laser deposition welding is easy and quickly formed a very high quality wear layer, which increases the life of the tool.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges für das Presshärten metallischer Werkstücke mit folgenden Verfahrenschritten:

– Herstellen eines Werkzeuges mit einer Formoberfläche,
– Einbringen von als Kanäle dienenden Vertiefungen in die Formoberfläche,
– Abdecken der Vertiefungen und
– Auftragen einer Deckschicht auf die Abdeckung und auf wenigstens einem jeweiligen Kanal benachbarte Bereiche der Formoberfläche durch Laserauftragsschweißen. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Furthermore, the invention relates to a method for producing a tool according to the invention for the press-hardening of metallic workpieces with the following method steps:

Manufacture of a tool with a mold surface,
Introducing into the mold surface depressions serving as channels,
- Covering the wells and
- Applying a cover layer on the cover and on at least one respective channel adjacent areas of the mold surface by laser deposition welding. With regard to the advantages, reference is made to the above explanations.

Vorzugsweise wird als Abdeckung ein Blech verwendet. Die Deckschicht wird vorzugsweise spanabhebend bearbeitet.Preferably is used as a cover sheet. The cover layer is preferably machined.

In die Kanäle wird vorzugsweise wenigstens ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Heizwendel, eingelegt.In the channels will preferably be at least one electrical Heating element, in particular a heating coil, inserted.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below by means of embodiments described, which are illustrated in the drawings. In the drawings demonstrate:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges und eines Werkstückes, wobei das Werkzeug Kanäle aufweist, 1 a schematic view of a tool according to the invention and a workpiece, wherein the tool has channels,

2 eine schematische Schnittansicht eines Werkzeuges in einem ersten Herstellungsschritt, 2 a schematic sectional view of a tool in a first manufacturing step,

3 eine schematische Schnittansicht des Werkzeuges von 2 in einem weiteren Herstellungsschritt, 3 a schematic sectional view of the tool of 2 in a further production step,

4 eine schematische Schnittansicht des Werkzeuges der 2 und 3 im fertigen Zustand, 4 a schematic sectional view of the tool of 2 and 3 in the finished state,

5 eine 4 entsprechende schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges gemäß einer zweiten Ausführungsform, 5 a 4 corresponding schematic sectional view of a tool according to the invention according to a second embodiment,

6 eine 5 entsprechende Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges gemäß einer dritten Ausführungsform, und 6 a 5 corresponding sectional view of a tool according to the invention according to a third embodiment, and

7 eine schematische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Werkzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform. 7 a schematic view of a portion of a tool according to the invention according to a further embodiment.

In 1 ist ein Werkzeug 10 bestehend aus einem oberen Werkzeugteil 12 und einem unteren Werkzeugteil 14 gezeigt. Das Werkzeug 10 dient dem Presshärten metallischer Werkstücke 16, insbesondere von Werkstücken 16 aus borhaltigem Stahl. Sowohl das obere Werkzeugteil 12 als auch das untere Werkzeugteil 14 haben jeweils eine dem Werkstück 16 im Betrieb zugewandte Formoberfläche 18 unter der Kanäle 20 für ein Kühl- oder Heizmedium angeordnet sind. Die Kanäle 20 sind Temperierkanäle, die der Temperierung des Werkzeuges 10 dienen und das Werkzeug 10 gezielt erwärmen oder abkühlen können. 1 zeigt sechs, im Querschnitt gesehen rechteckige Kanäle 20 im Werkzeug 10, wobei drei Kanäle 20 im oberen Werkzeugteil 12 und drei Kanäle 20 im unteren Werkzeugteil 14 vorgesehen sind.In 1 is a tool 10 consisting of an upper tool part 12 and a lower tool part 14 shown. The tool 10 is used for press hardening of metallic workpieces 16 , in particular of workpieces 16 boron-containing steel. Both the upper part of the tool 12 as well as the lower tool part 14 each have a workpiece 16 in operation facing mold surface 18 under the channels 20 are arranged for a cooling or heating medium. The channels 20 are tempering channels, the temperature of the tool 10 serve and the tool 10 can heat or cool specifically. 1 shows six, seen in cross-section rectangular channels 20 in the tool 10 , where three channels 20 in the upper part of the tool 12 and three channels 20 in the lower tool part 14 are provided.

In den 2 bis 4 ist gezeigt, wie die Kanäle 20 in das Werkzeug 10, insbesondere in das untere Werkzeugteil 14, eingebracht werden.In the 2 to 4 is shown as the channels 20 in the tool 10 , in particular in the lower tool part 14 to be introduced.

Zuerst werden in das Werkzeug 10 Vertiefungen 22 (gezeigt ist eine einzige) in die Formoberfläche 18 gefräst, die im Betrieb dem Werkstück 16 zugewandt ist (siehe 2). Die Vertiefung 22 ist im Querschnitt gesehen im wesentlichen rechteckig, wobei sie im Bereich der Formoberfläche 18 verbreitert ist. Der verbreiterte Bereich ist mit dem Bezugszeichen 24 versehen.First, get into the tool 10 wells 22 (shown is a single) in the mold surface 18 Milled in the operation of the workpiece 16 is facing (see 2 ). The depression 22 is substantially rectangular in cross-section, being in the region of the mold surface 18 is widened. The widened area is denoted by the reference numeral 24 Mistake.

Anschließend wir eine Abdeckung 26 so positioniert, dass sie die Vertiefung 22 abdeckt (siehe 3). Dabei liegt die Abdeckung 26, die beispielsweise ein Blech ist, in dem verbreiterten Bereich 24. Die Abdeckung 26 verschließt die Vertiefung 22, wodurch der Kanal 20 gebildet ist.Then we have a cover 26 positioned so that they are the recess 22 covers (see 3 ). This is the cover 26 , which is a sheet, for example, in the widened area 24 , The cover 26 closes the depression 22 , causing the channel 20 is formed.

Der Kanal 20 dient der Temperierung des Werkzeuges 10. Der Kanal 20 wird von einem Fluid durchströmt. Das Fluid kann z. B. Wasser, Eiswasser oder flüssiger Stickstoff sein. Das Kühl- oder Heizmedium, das den Kanal 20 durchströmt, erwärmt oder kühlt das Werkzeug 10. Die Temperatur des Werkzeuges 10 hat Ein fluss auf die Herstellung der Werkstücke, so können zum Beispiel hochfeste Stähle hergestellt werden, wenn das heiße Werkstück 16 beim Umformen abgekühlt wird. Dann wird nämlich erreicht, dass eine vollständig martensitische Struktur im umgeformten Werkstück 16 vorliegt, die diesem eine hohe Festigkeit verleiht. Auch kann eine hohe Dehnbarkeit des umgeformten Werkstückes 16 erreicht werden, wenn das Werkzeug 10 beim Umformen erwärmt wird.The channel 20 serves to temper the tool 10 , The channel 20 is traversed by a fluid. The fluid may, for. As water, ice water or liquid nitrogen. The cooling or heating medium, the channel 20 flows through, heats or cools the tool 10 , The temperature of the tool 10 Influence on the production of the workpieces, for example, high-strength steels can be produced when the hot workpiece 16 is cooled during forming. Then it is achieved that a completely martensitic structure in the formed workpiece 16 present, which gives this a high strength. Also, a high extensibility of the formed workpiece 16 be achieved when the tool 10 is heated during forming.

Obwohl die Kanäle 20 in 1 gleichmäßig über die Formoberfläche 18 des Werkzeuges 10 verteilt gezeigt sind, können diese auch nur in einem bestimmten Abschnitt des Werkzeuges 10 vorgesehen sein. Durch die Anordnung der Kanäle 20 kann festgelegt werden, welcher Abschnitt des Werkzeuges 10 stark gekühlt oder erwärmt und welcher Abschnitt gar nicht oder nur wenig gekühlt oder erwärmt wird. Somit kann über die Anordnung der Kanäle 20 festgelegt werden, in welchem Bereich das umgeformte Werkstückes 16 eine hohe Festigkeit und in welchem es eine hohe Dehnbarkeit aufweist.Although the channels 20 in 1 evenly over the mold surface 18 of the tool 10 These can also be shown only in a specific section of the tool 10 be provided. By the arrangement of the channels 20 can be set, which section of the tool 10 strongly cooled or heated and which section is not at all or only slightly cooled or heated. Thus, on the arrangement of the channels 20 in which area the formed workpiece 16 a high strength and in which it has a high elasticity.

In einem weiteren Herstellungsschritt (siehe 4) wird eine metallische Deckschicht 28 auf die Abdeckung 26 und gegebenenfalls auf Bereiche der Formoberfläche 18, die dem Kanal 20 benachbart sind, durch Laserauftragsschweißen aufgetragen.In a further production step (see 4 ) becomes a metallic cover layer 28 on the cover 26 and optionally on areas of the mold surface 18 that the channel 20 adjacent, applied by laser deposition welding.

Beim Laserauftragsschweißen können verschiedenste Materialien verwendet werden, somit können Werkzeuge 10 mit Oberflächen hergestellt werden, die unterschiedliche (beispielsweise mechanische, thermische, physikalische, elektrische oder chemische) Eigenschaften haben. Insbesondere ist die Deckschicht 28 abriebfest, weshalb sich die Lebensdauer des Werkzeuges erhöht.In laser deposition welding a wide variety of materials can be used, thus tools 10 with surfaces that are different (eg mecha niche, thermal, physical, electrical or chemical) properties. In particular, the cover layer 28 abrasion resistant, which increases the life of the tool.

Die Deckschicht 28 kann über die gesamte Formoberfläche 18 des Werkzeuges 10 vorgesehen sein oder nur in bestimmten Bereichen der Formoberfläche 18 des Werkzeuges 10.The cover layer 28 can over the entire mold surface 18 of the tool 10 be provided or only in certain areas of the mold surface 18 of the tool 10 ,

Gegebenenfalls kann nach dem Laserauftragschweißen, die Formoberfläche 18 spanabhebend nachbearbeitet werden, um eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit und/oder Oberflächenstruktur zu erhalten. Die Nachbearbeitung erfolgt z. B. durch Fräsen, Schleifen usw..Optionally, after the laser cladding, the mold surface 18 machined to obtain a desired surface roughness and / or surface structure. The post-processing takes place z. B. by milling, grinding, etc ..

In 5 ist eine zweite Ausführungsform des Werkzeuges 10 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass anstelle des Heiz- bzw. Kühlmediums, das durch die Kanäle 20 fließt, ein elektrisches Heizelement in Form einer Heizwendel 30 in den Kanälen 20 vorgesehen ist. Das elektrische Heizelement wird nach dem Einfräsen der Vertiefung 22 in das Werk zeug 10 in diese eingelegt. Anschließend wird die Vertiefung 22 durch die Abdeckung 26 bedeckt, wodurch das elektrische Heizelement in den Kanälen 20 festgelegt ist. Das elektrische Heizelement dient ebenfalls der Temperierung des Werkzeuges, nämlich dem Erwärmen desselben.In 5 is a second embodiment of the tool 10 shown. This embodiment differs from the first embodiment in that instead of the heating or cooling medium passing through the channels 20 flows, an electric heating element in the form of a heating coil 30 in the channels 20 is provided. The electric heating element is after the milling of the recess 22 into the work 10 inserted in this. Then the depression 22 through the cover 26 covered, causing the electric heating element in the channels 20 is fixed. The electrical heating element also serves to temper the tool, namely the heating of the same.

In 6 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass zusätzlich zu den oberflächennahen Kanälen 20 (gezeigt ist ein einzelner), die durch Einfräsen von Vertiefungen 22 und anschließendem Abdecken derselben hergestellt sind, von der Formoberfläche 18 weiter entfernt liegende Bohrungen 32 vorgesehen sind, die das Heiz- oder Kühlmedium führen können. Die Bohrungen 32 sind durch Tiefbohrungen hergestellt. Die erfindungsgemäßen, oberflächennahen Kanäle 20 können bei Werkzeugen 10 mit solchen Bohrungen 32 nachträglich eingebracht werden, falls festgestellt wird, dass bestimmte Bereiche des Werkzeuges 10 zu gering und/oder zu hoch temperiert sind. Die gezeigten Kanäle 20 können also mit bereits bestehenden Temperierstrukturen kombiniert werden.In 6 a further embodiment is shown. This differs from the first embodiment in that in addition to the near-surface channels 20 (shown is a single one) by milling pits 22 and then covering it, from the mold surface 18 further away bores 32 are provided, which can lead the heating or cooling medium. The holes 32 are made by deep drilling. The near-surface channels according to the invention 20 can with tools 10 with such holes 32 be introduced retrospectively, if it is determined that certain areas of the tool 10 too low and / or too high tempered. The channels shown 20 can therefore be combined with existing tempering structures.

In 7 ist das Werkzeug 10 gezeigt, das mehrere unterschiedliche Kanäle 20 aufweist, nämlich Kanäle 20, die im Querschnitt gesehen rechteckig ausgebildet sind, Kanäle 20, die im Querschnitt gesehen halbkreisförmig ausgebildet sind, und Kanäle 20, die im Querschnitt gesehen quadratisch ausgebildet sind. Die Kanäle 20 haben zudem unterschiedliche Querschnittsgrößen. Durch die unterschiedliche Ausbildung der Kanäle 20 ändert sich der Durchfluss des Kühl- oder Heizmediums, was sich auf die Herstellung des Werkstückes 16 auswirkt.In 7 is the tool 10 shown several different channels 20 has, namely channels 20 , which are rectangular in cross-section, channels 20 , which are semicircular in cross-section, and channels 20 , which are square when viewed in cross-section. The channels 20 also have different cross-sectional sizes. Due to the different design of the channels 20 changes the flow of cooling or heating medium, which affects the production of the workpiece 16 effect.

Auch kann der Durchfluss des Kühl- oder Heizmediums dadurch verändert werden, dass die Breite B der Kanäle 20 über ihre Länge L geändert wird (siehe 7). Das heißt, die Breite B der Kanäle 20 über ihre Länge L kann zu- oder abnehmen. Dabei kann die Breite B sich entweder kontinuierlich oder sprunghaft ändern.Also, the flow of the cooling or heating medium can be changed by the width B of the channels 20 is changed over its length L (see 7 ). That is, the width B of the channels 20 over its length L can increase or decrease. In this case, the width B can change either continuously or abruptly.

In die Kanäle 20 können ferner Elemente eingebracht werden, die die Strömung des Kühl- oder Heizmediums ändern, also die Turbulenz, den Massendurchsatz und/oder die Strömungsgeschwindigkeit. Ein solches Element 34 ist schematisch im bezüglich 7 rechten Kanal 20 gezeigt. Die Form, Größe und Positionierung des Elementes 34 ist beliebig.Into the channels 20 Furthermore, elements can be introduced which change the flow of the cooling or heating medium, ie the turbulence, the mass flow rate and / or the flow velocity. Such an element 34 is schematic in relation to 7 right channel 20 shown. The shape, size and positioning of the element 34 is arbitrary.

In 7 bedeckt die Deckschicht 28 das gesamte Werkzeug 10, d. h. die Deckschicht 28 bildet die gesamte Formoberfläche 18 des Werkzeuges 10.In 7 covers the top layer 28 the entire tool 10 ie the topcoat 28 forms the entire mold surface 18 of the tool 10 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/128821 A1 [0005]

Claims

Tool for forming metallic workpieces, in particular workpieces ( 16 ) of boron-containing steel, the tool ( 10 ) one in operation a workpiece ( 16 ) facing mold surface ( 18 ), below the channels ( 20 ) are arranged for a cooling or heating medium, characterized in that the channels ( 20 ) originally wells ( 22 ) in the mold surface ( 18 ), which are covered by a cover ( 26 ) are closed, the cover ( 26 ) and at least one respective channel ( 20 ) adjacent areas of the mold surface ( 18 ) a cover layer ( 28 ) by build-up welding on the cover ( 26 ) and the at least one respective channel ( 20 ) adjacent areas of the mold surface ( 18 ) is applied.

Molding tool according to claim 1, characterized in that that the cover is a sheet metal.

Molding tool according to claim 1 or 2, characterized in that the cover layer ( 28 ) is machined.

Molding tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the width (B) of the channels ( 20 ) changes over its length (L).

Molding tool according to one of the preceding claims, characterized in that the channels ( 20 ) are rectangular in cross-section.

Molding tool according to one of the preceding claims, characterized in that at least one element ( 34 ) into the channels ( 20 ), which influences the flow.

Forming tool according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one electric heating element, in particular a heating coil ( 30 ), in the channels ( 20 ) is provided.

Molding tool according to one of the preceding claims, characterized in that the channels ( 20 ) only in a partial area of the tool ( 10 ) are arranged.

Forming tool according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the channels ( 20 ) evenly over the tool ( 10 ) are distributed.

Molding tool according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer ( 28 ), which is applied by laser deposition welding, in sections on the mold surface ( 18 ) is applied.

Molding tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cover layer ( 28 ), which is applied by laser deposition welding, on the entire mold surface ( 18 ) is applied.

Molding tool according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer ( 28 ) applied by laser deposition welding is resistant to abrasion.

Method for producing a tool ( 10 ) for forming metallic workpieces ( 16 ), characterized by the method steps: production of a tool ( 10 ) with a molding surface ( 18 ), Introducing as channels ( 20 ) serving wells ( 22 ) in the mold surface ( 18 ), Covering the depressions ( 22 ), and applying a cover layer ( 28 ) on the cover ( 26 ) and at least one respective channel ( 20 ) adjacent areas of the mold surface ( 18 ) by laser deposition welding.

A method according to claim 13, characterized in that the cover layer ( 28 ) is machined.

Method according to claim 13 or 14, characterized that is used as a cover sheet metal.

Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that at least one electrical heating element, in particular a heating coil ( 30 ), into the channels ( 20 ) is inserted.