DE102009045597B3 - Apparatus for producing hardened steel components - Google Patents
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/16—Heating or cooling
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile, wobei die Vorrichtung zumindest eine Werkzeughälfte (1, 2) umfasst und die Werkzeughälfte (1, 2) eine Kühlbacke (3, 4) besitzt, die eine äußere Formfläche (5, 6) aufweist, deren Kontur der Kontur eines zu härtenden Blechbauteils (7) im Wesentlichen entspricht und die Kühlbacke (3, 4) eine Rückseite (10, 11) besitzt, die zur Anbindung der Kühlbacke (3, 4) an einen Werkzeuggrundkörper (12, 13) dient, wobei von der Rückseite (10, 11) her eine Mehrzahl von zylindrischen Bohrungen (16) eingebracht angeordnet sind und die Bohrungen (16) sich der Kontur der Formfläche folgend mit gegebenenfalls unterschiedlichen Tiefen in den Kühlbacken (3, 4) hinein erstrecken, wobei in den Bohrungen (16) Wärmeleitrohre (17) angeordnet sind.The invention relates to a device for producing hardened steel components, the device comprising at least one tool half (1, 2) and the tool half (1, 2) having a cooling jaw (3, 4) which has an outer mold surface (5, 6), the contour of which essentially corresponds to the contour of a sheet metal component (7) to be hardened and the cooling jaw (3, 4) has a rear side (10, 11) which is used to connect the cooling jaw (3, 4) to a tool body (12, 13) , with a plurality of cylindrical bores (16) being introduced from the rear side (10, 11) and the bores (16) extending into the cooling jaws (3, 4) following the contour of the molding surface, possibly with different depths, wherein heat pipes (17) are arranged in the bores (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile.The The invention relates to an apparatus for producing hardened steel components.
Es ist bekannt, durch das sogenannte Presshärten Platinen aus einem härtbaren Stahlblech zunächst bei hoher Temperatur zu austenitisieren, die Platine anschließend in eine Matrize zu überführen und in dieser Matrize im heißen Zustand tief zu ziehen. In dieser Matrize wird durch den großen Temperaturunterschied zwischen Matrize und Stahlblech und die große Wärmekapazität der Matrize das Stahlblech gleichzeitig sehr stark abgekühlt, wobei die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt. Dies bedeutet, dass das in der Matrize tief gezogene Bauteil gleichzeitig gehärtet wird.It is known by the so-called press-hardening boards made of a hardenable Steel sheet first Austenitisieren at high temperature, the board then in to transfer a matrix and in this matrix in the hot To pull state low. In this matrix is due to the large temperature difference between die and steel sheet and the large heat capacity of the die the steel sheet cooled very much at the same time, with the cooling at a speed that is above the critical hardening speed lies. This means that the deep drawn in the die component simultaneously hardened becomes.
Dieses Verfahren wurde teilweise verfeinert, so dass es auch bekannt ist, eine Platine aus einem Stahlblech zunächst vollständig kalt umzuformen und das durch das kalte Umformen erzeugte Bauteil anschließend auf eine für die Austenitisierung notwendige Temperatur zu erhitzen und anschließend das erhitzte Bauteil in ein sogenanntes Formhärtewerkzeug zu überführen, wobei das Formhärtewerkzeug aus einem Werkzeugober- und einem Werkzeugunterteil besteht, welche die Kontur des fertigen Bauteils haben. In dieses Formhärtewerkzeug wird das erhitzte Bauteil eingelegt und lediglich während des raschen Abkühlens und dadurch Härtens gehalten, jedoch nicht umgeformt.This Procedure has been partially refined so that it is also known a board made of a steel sheet initially completely cold form and the subsequently formed by the cold forming component one for to heat the austenitizing necessary temperature and then the heated Component in a so-called form hardening tool to convict, where the mold hardening tool a Werkzeugober- and a tool base consists, which have the contour of the finished component. In this mold hardening tool The heated component is inserted and only during the rapid cooling and thereby hardening held, but not reshaped.
Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Formwerkzeuge oder Matrizen mit einer Wasserkühlung auszurüsten um zu gewährleisten, dass auch bei hohen Taktraten das Werkzeug eine so geringe Temperatur aufweist, dass ein Abkühlen der aufgeheizten Werkstücke mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit gewährleistet ist.Furthermore It is known, such molds or dies with a water cooling equip to ensure, that even at high clock rates, the tool such a low temperature that has a cooling effect the heated workpieces with one over the critical hardness rate guaranteed speed is.
Derartige wassergekühlte Formen haben sich im Prinzip bewährt. Derartige wassergekühlte Formen bestehen jedoch aus sogenannten Kühlschalen, die dazu dienen das Bauteil abzukühlen, und einem dahinter liegenden Formgrundkörper, wobei sich zwischen den Kühlschalen und der Formgrundkörper wasserführende Nuten befinden. Dies bedeutet einerseits, dass die Nuten entsprechend der Kontur der Kühlschale und damit des gewünschten Bauteils dreidimensional gefräst werden müssen. Diese Kühlschalen müssen dann, um die Dichtheit und Kraftübertragung zu gewährleisten auf den Auflageflächen des dahinter liegenden Formgrundkörpers manuell eintuschiert werden, wobei die Erzeugung der Tuschierbilder sehr aufwändig ist. Zudem ist die Abdichtung der Kühlschalen aufwändig. Werden keine Schalen mit Nuten vorgesehen, müssen Kühlbacken mit Tieflochbohrungen oder eingegossenen Rohren vorgesehen werden.such water-cooled Shapes have proven themselves in principle. Such water-cooled forms However, consist of so-called cooling shells that serve to cool the component, and an underlying mold body, which is between the cooling trays and the mold body water-bearing Grooves are located. On the one hand, this means that the grooves correspond to the Contour of the cooling shell and thus the desired Machined three-dimensionally Need to become. These cooling trays have to then to the tightness and power transmission to ensure on the bearing surfaces manually imbedded behind the underlying mold body be, with the generation of Tuschierbilder is very complex. In addition, the sealing of the cooling shells consuming. If no shells with grooves provided cooling jaws with deep holes or cast-in pipes.
Bei Änderungen führt dies in allen Fällen zu Umarbeitungen. Zudem kann die Kühlleistung bei verstopften Tieflochbohrungen sowie eingegossenen Rohren und auch in den Nuten aufgrund Ablagerungen und Unzugänglichkeiten nachlassen.In case of changes does this in all cases for makeovers. In addition, the cooling performance in clogged Deep hole drilling as well as cast-in pipes and also in the grooves due to deposits and inaccessibility ease up.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile zu schaffen, welche in einfacher Weise herstellbar ist, auch bei hohen Taktraten zuverlässig eine starke Kühlung und Härtung der erhitzten Bauteile bewirkt und deren Kühlleistung zonal veränderbar ist, um die Bauteileigenschaften zu beeinflussen.task The invention is an apparatus for producing hardened steel components to create, which can be produced in a simple manner, even at high clock rates reliable a strong cooling and curing causes the heated components and their cooling capacity zonal changeable is to influence the component properties.
Die
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.The
The object is achieved with a device having the features of the
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.advantageous Further developments are characterized in subclaims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile umfasst ein Werkzeug mit zwei Werkzeughälften, wobei jede Werkzeughälfte eine Kühlbacke besitzt, die eine äußere Formfläche aufweist, deren Kontur der Kontur eines zu härtenden Blechbauteils im Wesentlichen entspricht. Die Kühlbacke besitzt zudem eine Rückseite, die zur Anbindung der Kühlbacke an die restliche Werkzeughälfte dient. Diese Rückseite besitzt im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch nicht die Kontur der Vorderseite, sondern ist im einfachsten Fall eben ausgebildet. In diese Rückseite ist eine Mehrzahl von zylindrischen Bohrungen ausgebildet. In diese Bohrungen sind sogenannte Heatpipes oder Wärmeleitrohre eingesteckt, welche die Kühlung im Wesentlichen übernehmen, wobei die Wärmeleitrohre entweder ganz in den Bohrungen versenkt angeordnet sein können oder über die Rückseite hinaus stehen und in einen Hohlraum in der restlichen Werkzeughälfte einragen können, welcher beispielsweise von Wasser durchflossen wird. Hiermit kann die Kühlleistung der Heatpipes verbessert werden, wobei die Dichtung und Anbindung erheblich einfacher ist als im Stand der Technik.The inventive device for producing hardened Steel components comprises a tool with two tool halves, wherein every tool half a cooling jaw has, which has an outer mold surface, the contour of the contour of a sheet metal component to be cured substantially equivalent. The cooling jaw also has a back, the for connection of the cooling jaw to the rest of the tool half serves. This backside However, unlike the prior art does not have the contour the front, but is simply formed in the simplest case. In this back a plurality of cylindrical bores is formed. In these Holes are inserted so-called heat pipes or heat pipes, which the cooling essentially take over, the heat pipes either completely sunk in the holes or over the back stand out and protrude into a cavity in the rest of the mold half can, which, for example, is traversed by water. Hereby can the cooling capacity the heat pipes are improved, with the gasket and connection is considerably easier than in the prior art.
Wärmeleitrohre bzw. Heatpipes sind dabei Wärmeüberträger, die unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Stoffes eine hohe Wärmestromdichte erlauben, d. h. auf kleiner Querschnittsfläche große Mengen Wärme abtransportieren können. Der Wärmewiderstand derartiger Wärmeleitrohre ist dabei deutlich kleiner als der von Metallen.Heat pipes Heatpipes are heat exchangers that using heat of evaporation a substance a high heat flux density allow, d. H. can dissipate large amounts of heat on a small cross-sectional area. The thermal resistance such heat pipes is significantly smaller than that of metals.
Wärmeleitrohre bestehen aus einem abgekapselten Hohlraum, der rohrförmig ist und mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist. Dieses Arbeitsmedium füllt den Hohlraum sowohl im flüssigen als auch dampfförmigen Zustand aus, wobei sich je eine Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und Wärmesenke gegenüberliegend befinden.Heat pipes consist of an encapsulated cavity, which is tubular and filled with a working fluid. This working fluid fills the cavity in both liquid and vapor shaped state, each being a heat transfer surface for heat source and heat sink are opposite.
Beim Wärmeeintrag beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen, wodurch der Druck lokal erhöht wird, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmeleitrohres führt. Der entstandene Dampf strömt in Richtung Kondensator, wo er wegen der niedrigen Temperatur kondensiert. Hierbei wird die aufgenommene Wärme wieder abgegeben, das nun flüssige Arbeitsmedium kehrt durch Kapillarkraft wieder zum Verdampfer zurück.At the heat input the working fluid begins to evaporate, causing the pressure to be local is increased, resulting in a low pressure gradient within the heat pipe leads. The resulting vapor flows towards the condenser where it condenses because of the low temperature. This is the heat absorbed delivered again, now liquid Working medium returns to the evaporator by capillary action.
Der
Einsatz von Wärmeleitrohren
bzw. Heatpipes ist aus einem weiten Technikbereich bekannt, wobei
aus der
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass selbst bei den mechanisch außerordentlich hoch beanspruchten Formen zum Härten von Stahlblechbauteilen eine einfache und zuverlässige Kühlung erzielt wird. Werden in bestimmten Bereichen die Heatpipes nicht mehr benötigt, können sie einfach entfernt werden und ggf. können die Bohrungen – im Gegensatz zu herkömmlich durchströmten Tieflochbohrungen – in einfacher Weise verfüllt werden. Zum Beispiel durch das Einsetzen von entsprechenden Stangen aus dem Grundmaterial und/oder Verschweißen.at The invention is advantageous in that even with the mechanically extraordinary highly stressed molds for hardening Sheet steel components a simple and reliable cooling is achieved. Become In certain areas the heatpipes are no longer needed, they can just be removed and, if necessary, the holes - unlike conventional perfused Deep hole drilling - in simply filled become. For example, by inserting appropriate rods the base material and / or welding.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei:The The invention will be explained with reference to a drawing. It shows:
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
(
Die
Kühlbacken
Zudem
besitzen die Werkzeughälften
Von
den Rückseiten
In
den Bohrungen
Die
Tiefe der Bohrungen
In
den Bohrungen
Es
ist aber auch möglich,
die Wärmeleitrohre
Diese unterschiedlichen Anordnungen können selbstverständlich auch nebeneinander existieren, wobei hierbei auch die Bohrungsdichte und Heatpipedichte zusätzlich variiert werden können.These different arrangements can Of course also exist side by side, and here also the hole density and heatpipe density in addition can be varied.
Die
Werkzeuggrundkörper
Fluchtend
zu den Bohrungen
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Werkzeuggrundkörper
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (
Hierbei
können
die Heatpipes
Mit
einer solchen Mimik kann sehr flexibel auf Anforderungen reagiert
werden, insbesondere können
die Wärmeleitrohre
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (
Um
die Wärmeleitrohre
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile geschaffen wird, die in einfacher aber sehr effektiver Weise in der Lage ist, eine über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegende Kühlgeschwindigkeit zu gewährleisten, wobei die Kühlleistung in einfacher Weise zonal einstellbar ist.at The invention is advantageous in that a device for manufacturing hardened Steel components is created in a simple but very effective way is able to over one the critical hardness rate lying cooling speed to ensure, the cooling capacity in a simple way zonal is adjustable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- obere Werkzeughälfteupper tool half
- 22
- untere Werkzeughälftelower tool half
- 33
- oberer Kühlbackenupper cooling jaws
- 44
- unterer Kühlbackenlower cooling jaws
- 55
- Formfläche des oberen Kühlbackens 3Form surface of the upper cooling jaw 3
- 66
-
Formfläche des
unteren Kühlbackens 4Form surface of the
lower cooling jaw 4 - 77
- Blechbauteilsheet metal component
- 88th
- Außenflächeouter surface
- 99
- Innenseiteinside
- 1010
- ebene Rückseitelevel back
- 1111
- ebene Rückseitelevel back
- 1212
- WerkzeuggrundkörperTool body
- 1313
- WerkzeuggrundkörperTool body
- 1414
- ebene Anbindungsflächelevel bonding surface
- 1515
- ebene Anbindungsflächelevel bonding surface
- 1616
- Bohrungendrilling
- 1717
- Wärmeleitrohre bzw. HeatpipesHeat pipes or heatpipes
- 1818
- Dichtungpoetry
- 1919
- Hohlraumcavity
- 2020
- Bohrungendrilling
- 2121
- Verschiebemimikshifting facial expressions
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110427 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: NAEFE, JAN ROBERT, DIPL.-ING., DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140501 |