DE102010027554A1 - Umformwerkzeug und Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug sowie ein Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt und anschließend in einem eine Matrize (3) und einen Stempel (5) aufweisenden Umformwerkzeug warm umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung (8) aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des Umformwerkzeuges (1, 1') der Kontakt zwischen Werkstück (2) und den Kontaktflächen der Matrize (3) und des Stempels (5) des Umformwerkzeuges bereichsweise durch Auseinanderbewegen eines beweglichen Matrizenteils (3.2) und eines beweglichen Stempelteils (5.2) aus einer Schließstellung in eine geöffnete Stellung unterbrochen wird. Die Matrize (3) ist aus einem ersten Matrizenteil (3.1) und mindestens einem relativ zu dem ersten Matrizenteil bewegbaren zweiten Matrizenteil (3.2) gebildet, während der Stempel (5) aus einem ersten Stempelteil (5.1) und mindestens einem relativ zu dem ersten Stempelteil bewegbaren zweiten Stempelteil (5.2) gebildet ist, wobei der mindestens eine bewegbare zweite Matrizenteil (3.2) und der mindestens eine bewegbare zweite Stempelteil (5.2) mit einer Öffnungsvorrichtung (17, 18) zusammenwirken, die bewirkt, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil (3.2) und das mindestens eine zweite Stempelteil (5.2) das Werkstück mit kürzerer Schließzeit kontaktieren als das erste Matrizenteil (3.1) und das erste Stempelteil (5.1).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech, mit einer Matrize, einem zum Umformen des Werkstückes in eine Vertiefung der Matrize einführbaren Stempel und einer Kühleinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt wird und anschließend in einem eine Matrize und einen in eine Vertiefung der Matrize einführbaren Stempel aufweisenden Umformwerkzeug warm umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung aufweist.
- Das Warmumformen von Platinen aus höher- und höchstfesten Stählen zur Herstellung pressgehärteter Bauteile hat sich in den letzten Jahren im Fahrzeugbau etabliert. Dabei wurden unter anderem auch zahlreiche Konzepte zur Herstellung von partiell gehärteten Bauteilen mit unterschiedlichen Gefügen entwickelt. Ein aus der
DE 10 2006 019 395 A1 bekanntes Konzept ist das Erwärmen einer aus geeignetem Stahl bestehenden Platine auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur und das unmittelbar anschließende Umformen in einem Warmumformwerkzeug, das in mindestens einem Bereich mit einer Heizeinrichtung zur lokalen Einstellung eines weicheren Gefüges ausgestattet ist. Dieses bekannte Konzept hat jedoch den Nachteil, dass mindestens eine Heizeinrichtung vorgesehen werden muss, die erhebliche Betriebskosten verursacht. Zudem wirkt sich die permanente Wärmebeaufschlagung der entsprechenden Wirkfläche des Umformwerkzeuges negativ auf dessen Standzeit (Lebenszeit) aus. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. Umformwerkzeug zum Warmumformen und partiellen Presshärten von Stahlblech anzugeben, das es auf fertigungstechnisch einfache Weise erlaubt, an dem herzustellenden Metallbauteil aneinander angrenzende Zonen mit unterschiedlichen Gefügen und damit unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erzeugen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt und anschließend in einem Umformwerkzeug warm umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung aufweist, ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des Umformwerkzeuges der Kontakt zwischen Werkstück und den Kontaktflächen der Matrize und des Stempels durch Auseinanderbewegen eines beweglichen Matrizenteils und eines beweglichen Stempelteils aus einer Schließstellung in eine geöffnete Stellung bereichsweise unterbrochen wird.
- Dementsprechend umfasst das erfindungsgemäße Umformwerkzeug eine Matrize, einen in eine Vertiefung der Matrize einführbaren Stempel und eine Kühleinrichtung. Erfindungsgemäß ist die Matrize aus einem ersten Matrizenteil und mindestens einem relativ zu dem ersten Matrizenteil bewegbaren zweiten Matrizenteil gebildet, während der Stempel aus einem ersten Stempelteil und mindestens einem relativ zu dem ersten Stempelteil bewegbaren zweiten Stempelteil gebildet ist, wobei der mindestens eine bewegbare zweite Matrizenteil und der mindestens eine bewegbare zweite Stempelteil mit einer Öffnungsvorrichtung zusammenwirken, die bewirkt, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil und das mindestens eine zweite Stempelteil das Werkstück mit kürzerer Schließzeit kontaktieren als das erste Matrizenteil und das erste Stempelteil.
- Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ermöglichen somit auf einfache fertigungstechnische Weise, an dem herzustellenden Metallbauteil aneinander angrenzende Zonen mit unterschiedlichen Gefügen und entsprechend unterschiedlichen Materialkennwerten wie Festigkeit und Dehnungsvermögen zu erzeugen.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges besteht darin, dass die Matrizenteile beweglich mit einem Matrizenträger und die Stempelteile beweglich mit einem Stempelträger verbunden sind, wobei der Matrizenträger und der Stempelträger jeweils mit einem Stößel versehen sind, und wobei die Stößel im geschlossenen Zustand des ersten Matrizenteils und des ersten Stempelteils durch eine weitere Annäherung von Matrizenträger und Stempelträger ein Auseinanderbewegen des mindestens einen zweiten Matrizenteils und des mindestens einen zweiten Stempelteils bewirken. Diese Ausgestaltung lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Umformwerkzeugen zum Warmumformen und partiellen Presshärten von Stahlplatinen ohne nennenswerten zusätzlichen Energieverbrauch betreiben. Insbesondere erfordert diese Ausgestaltung keine kostenintensiven zusätzlichen Antriebsmittel für das Auseinanderbewegen der Werkzeugteile, die der Erzeugung mindestens einer Zone mit relativ weichem Gefüge im Bauteil dienen. Vielmehr kann hierzu der ohnehin vorhandene Pressenstößel genutzt werden, der zum Schließen des Umformwerkzeuges, d. h. zum Bewegen des Stempels dient. Beim Zurückfahren der Stößel des Matrizenträgers und des Stempelträgers schließen vor dem Öffnen von Matrize und Stempel das mindestens eine zweite Matrizenteil und das mindestens eine zweite Stempelteil nochmals, wodurch der Bereich des Werkstückes (Bauteils), in welchem der Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeugwirkfläche unterbrochen wurde, nachgeschlagen wird.
- Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Matrizenteil starr und das mindestens eine zweite Matrizenteil beweglich mit einem Matrizenträger verbunden sind, während das erste Stempelteil starr und das mindestens eine zweite Stempelteil beweglich mit einem Stempelträger verbunden sind, wobei der Matrizenträger und der Stempelträger jeweils mit einem eine Vorwärts- sowie eine Rückwärtsbewegung bewirkenden Antriebsmittel versehen sind, und wobei im geschlossenen Zustand von erstem Matrizenteil und erstem Stempelteil die Antriebsmittel ein Auseinanderbewegen des mindestens einen zweiten Matrizenteils und des mindestens einen zweiten Stempelteils bewirken. Diese Variante des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges kann so betrieben werden, dass je nach Wunsch mit und ohne Nachschlagen des Werkstückes, d. h. mit und ohne nochmaligem Schließen des mit dem Matrizenträger beweglich verbundenen Matrizenteils und des mit dem Stempelträger beweglich verbundenen Stempelteils, gefertigt werden kann. Der Zeitpunkt, in welchem der mit dem Matrizenträger beweglich verbundene Matrizenteil und der mit dem Stempelträger beweglich verbundene Stempelteil auseinander bewegt werden, kann variabel und in Abhängigkeit von der im Kontaktbereich dieser Werkzeugteile im Werkstück einzustellenden Dehnung geregelt werden. Die Antriebsmittel zum Auseinanderbewegen des mindestens einen zweiten Matrizenteils und des mindestens einen zweiten Stempelteils sind vorzugsweise aus hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Arbeitszylindern gebildet.
- Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges sieht vor, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil und/oder das mindestens eine zweite Stempelteil, die im geschlossenen Zustand des Umformwerkzeuges auseinander bewegt werden, eine regelbare Temperiereinrichtung, vorzugsweise eine Heizung aufweisen. Hierdurch lässt sich nicht nur mit hoher Zuverlässigkeit sicherstellen, dass an dem Werkstück gezielt ein oder mehrere nicht gehärtete Bereiche erzeugt werden; diese Ausgestaltung schafft auch die Möglichkeit, in einem bestimmten Bereich des Werkstückes dessen Materialeigenschaften wie Festigkeit und Dehnung je nach den an das herzustellende Bauteil gestellten Anforderungen variabel einzustellen.
- In vorteilhafter Weise können das mindestens eine zweite Matrizenteil und/oder das mindestens eine zweite Stempelteil aus einem Werkstoff hergestellt sein bzw. eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, die schlecht Wärme leitet, um gezielt einer Abfuhr von Wärme in den Bereichen des Werkstückes, die nicht gehärtet werden, entgegenzuwirken. Beispielsweise könnte Keramik als ein Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
- Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
-
1 eine Schnittansicht eines Umformwerkzeuges im vollständig geschlossenen Zustand; -
2 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges der1 im partiell geschlossenen Zustand; -
3 ein weiteres Umformwerkzeug im vollständig geschlossenen Zustand, in einer Schnittansicht; -
4 das Umformwerkzeug der3 im partiell geschlossenen Zustand, in einer Schnittansicht; und -
5 eine hydropneumatische Vorrichtung zum Antrieb und zur Steuerung der partiellen Öffnung des Umformwerkzeuges der3 und4 . - In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges
1 ,1' zum Warmumformen und partiellen Presshärten einer Platine aus höher- oder höchstfestem Stahl dargestellt. Bei dem aus der Platine herzustellenden Bauteil2 handelt es sich beispielsweise um einen Stoßfänger, eine B-Säule oder ein anderes crashrelevantes Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeuges. Die Platine (Werkstück) besteht beispielsweise aus einem Mangan-Bor-Stahl, insbesondere einem Mangan-Bor-Stahl vom Legierungstyp 22MnB5. - Bereiche des Bauteils (Werkstücks)
2 , die gehärtet werden sollen, müssen ausgehend von der Austenitisierungstemperatur schnell abgekühlt werden, während Bereiche des Bauteils2 , die nicht gehärtet werden sollen, keine schnelle Abkühlung erfahren dürfen. - Die in der Zeichnung dargestellten Umformwerkzeuge
1 ,1' bieten die Möglichkeit, den Kontakt zwischen dem Bauteil und den Werkzeugwirkflächen bereichsweise zu unterbrechen. - Das Umformwerkzeug
1 ,1' ist nach Art einer Tiefziehvorrichtung ausgebildet und weist eine Matrize3 auf. In der Matrize3 ist eine Vertiefung (Ausnehmung)4 ausgebildet, die die Außenform des herzustellenden, dreidimensional geformten Bauteils2 abbildet. - Zusätzlich umfasst das Umformwerkzeug
1 ,1' einen Stempel5 , der die Innenform des herzustellenden Bauteils2 bestimmt. Der Stempel5 kann mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung (Pressenstößel) aus einer von der Matrize3 entfernten Ausgangsstellung in eine Schließstellung bewegt werden, in der er vollständig in die Vertiefung4 der Matrize3 eingefahren ist. Die Stelleinrichtung umfasst dabei eine Steuereinrichtung, die die Geschwindigkeit, mit der der Stempel5 in die Ausnehmung4 der Matrize3 einfährt, kontrolliert. - Die Matrize
3 ist in mindestens zwei Matrizenteile3.1 ,3.2 unterteilt, die relativ zueinander bewegbar an einem ortfesten Träger, z. B. einer Platte6 eines Pressentisches gehalten sind. Dementsprechend ist auch der Stempel5 in eine entsprechende Anzahl von Stempelteilen5.1 ,5.2 unterteilt, wobei jeweils einem Matrizenteil3.1 ,3.2 ein damit zusammenwirkender Stempelteil5.1 bzw.5.2 zugeordnet ist. Die Stempelteile5.1 ,5.2 sind ebenfalls relativ zueinander bewegbar an einem Stempelträger7 gehalten, der beispielsweise aus einer Platte gebildet ist. Der Stempelträger bzw. die Platte7 ist an der oben erwähnten, hier nicht dargestellten Stelleinrichtung montiert, mittels der der Stempel5 aus einer von der Matrize3 entfernten Ausgangsstellung in die Vertiefung4 der Matrize3 eingefahren werden kann. - In den
1 bis4 soll jeweils mit den linksseitig dargestellten Werkzeugteilen3.1 ,5.1 das Bauteil2 partiell gehärtet werden, wohingegen die rechtsseitig dargestellten Werkzeugteile3.2 ,5.2 ein Härten des Bauteils2 durch Unterbrechung des Kontaktes von Bauteil2 und den Werkzeugwirkflächen3.21 ,5.21 unterbinden sollen. - Die Wirkfläche des linkseitig dargestellten Stempelteils
5.1 und/oder die Wirkfläche des zugehörigen Matrizenteils3.1 sind gekühlt, während die Wirkflächen3.21 ,5.21 der rechtsseitig dargestellten Werkzeugteile3.2 ,5.2 , an denen ein anderes bzw. relativ weiches Gefüge eingestellt werden soll, gekühlt und/oder vorzugsweise beheizt und/oder aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff bzw. einer schlecht wärmeleitenden Oberflächenbeschichtung ausgeführt werden. Hierzu sind in das Stempelteil5.1 und das Matrizenteil3.1 nahe deren Wirkflächen Kühlkanäle8 eingebracht. Die Kühlkanäle8 sind Teil einer weiter nicht dargestellten Kühleinrichtung. Abhängig von dem jeweils erforderlichen Kühlgrad werden die Kühlkanäle von Wasser, Eiswasser, einer tiefgekühlten Salzlösung, flüssigem Stickstoff oder einem anderen Kühlmedium durchströmt, das zur schnellen Abführung großer Wärmemengen geeignet ist. - Ebenso sind in das zweite Stempelteil
5.2 und das Matrizenteil3.2 nahe deren Wirkflächen3.21 ,5.21 Fluidkanäle9 einer Temperiereinrichtung eingebracht, die hier ebenfalls im Einzelnen nicht weiter dargestellt ist. Durch die Kanäle9 der Temperiereinrichtung wird ein Kühlmedium, beispielsweise ein Kühlöl geleitet, das eine moderate Kühlung der Werkzeugteile3.2 ,5.2 in diesem Bereich bewirkt. Alternativ kann zumindest durch einen Teil der Kanäle9 , insbesondere durch die benachbart zu den ersten bzw. linksseitigen Werkzeugteilen3.2 ,5.2 angeordneten Kanäle9.1 ein Heizfluid, z. B. Heißdampf geleitet werden. Anstelle von Fluidkanälen9 bzw.9.1 können in den Werkzeugteilen3.2 ,5.2 , an denen ein anderes bzw. relativ weiches Gefüge eingestellt werden soll, auch Heizpatronen, Heizspiralen oder Heizdrähte integriert sein. - Zum Herstellen des Bauteils
2 wird eine Platine aus höher- oder höchstfestem Stahl (z. B. aus 22MnB5) zunächst in einem hier nicht gezeigten Ofen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt. Anschließend wird das Werkstück (Platine) in das geöffnete Umformwerkzeug1 ,1' gelegt, so dass es mit seinem Rand auf der Oberseite der Matrize3 liegt. Sodann werden Niederhalter10 angesetzt, die das Werkstück in seinem Randbereich während der anschließenden Umformung niederhalten. - Die vom Niederhalter
10 ausgeübte Niederhaltekraft kann dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Umformgeschwindigkeit verstellt werden, um ein optimiertes Nachfließen des Werkstückes2 in die Vertiefung4 der Matrize3 zu ermöglichen. - Daraufhin wird der Stempel
5 mit hoher Geschwindigkeit auf das Stahlblech aufgesetzt, so dass die stark gekühlte Stirnseite des Stempelteils5.1 , an dem eine Presshärtung des Stahlblechs2 erfolgen soll, schnell in intensiven Kontakt mit dem ihr zugeordneten Flächenabschnitt des Stahlblechs2 kommt. - Den in den
1 bis4 rechtsseitig dargestellten Werkzeugteilen3.2 ,5.2 ist eine Öffnungsvorrichtung zugeordnet, die bewirkt, dass das zweite Stempelteil5.2 und zweite Matrizenteil3.2 das Werkstück2 mit kürzerer Schließzeit kontaktieren als das erste Stempelteil5.1 und das erste Matrizenteil3.1 . Das Stahlblech2 wird auf diese Weise in seinem Abschnitt2.1 so schnell abgeschreckt, dass sich dort ein Gefüge bzw. Bereich mit einer Härte bildet, die höher ist als die Härte des an den Abschnitt2.1 angrenzenden Abschnittes2.2 des Stahlblechs. - Bei dem in den
1 und2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Matrizenteile3.1 ,3.2 und die Stempelteile5.1 ,5.2 gefedert gegenüber der zugeordneten Platte6 des Pressentisches bzw. der Stempelplatte7 abgestützt. Hierzu sind zwischen der jeweiligen Platte6 bzw.7 und den daran gehaltenen Matrizenteilen3.1 ,3.2 bzw. Stempelteilen5.1 ,5.2 Federelemente11 , z. B. Schraubenfedern oder dergleichen angeordnet. Ferner sind die Platten6 und7 mit Halterungen12 versehen, die den Matrizenteilen3.1 ,3.2 und Stempelteilen5.1 ,5.2 zugeordnete Anschläge13 bilden. Durch die Federelemente11 sind die beweglichen Matrizen- und Stempelteile3.1 ,3.2 ,5.1 ,5.2 gegen die Anschläge13 gespannt. Die Stempelteile5.1 ,5.2 sowie der plattenförmige Stempelträger7 weisen dabei Ausnehmungen (Durchbrechungen)14 ,15 für die Niederhalter10 tragende Druckstangen16 auf. Die Druckstangen16 durchdringen die Ausnehmungen14 ,15 mit Spiel. - Ferner sind die gefedert abgestützten Matrizen- und Stempelteile
3.1 ,3.2 ,5.1 ,5.2 jeweils mit (nicht näher dargestellten) Führungen versehen, die die Bewegungsrichtung der Matrizen- und Stempelteile3.1 ,3.2 ,5.1 ,5.2 beim Schließen und Öffnen des Umformwerkzeuges1 vorgeben. - Des Weiteren sind die als Matrizenträger dienende Platte
6 sowie der plattenförmige Stempelträger7 mit Stößeln17 ,18 versehen. Der jeweilige Stößel17 ,18 durchdringt eine im Stempelteil5.2 bzw. Matrizenteil3.2 ausgebildete Öffnung (Durchgangsbohrung)19 ,20 . Die Stößel17 ,18 und dementsprechend die Öffnungen19 ,20 sind axial versetzt zueinander angeordnet. - Zudem sind der plattenförmige Matrizenträger
6 und der Stempelträger7 mit weiteren Anschlägen21 ,22 versehen, die den Rückseiten der linear verschiebbaren Stempelteile5.1 ,5.2 und Matrizenteile3.1 ,3.2 zugewandt sind. Die den Werkzeugteilen3.1 ,5.1 zugewandten Stirnseiten der Anschläge21 haben in der in1 dargestellten Schließstellung des Umformwerkzeuges1 einen Abstand A1 von der Rückseite der Werkzeugteile3.1 ,5.1 , der geringer ist als der Abstand A2, den die den Rückseiten der Werkzeugteile3.2 ,5.2 zugewandten Stirnseiten der Anschläge22 von den Werkzeugteile3.2 ,5.2 haben. - Wenn das Umformwerkzeug
1 komplett geschlossen ist, bewirken die Stößel17 ,18 bei einer weiteren Annäherung von Matrizenträger6 und Stempelträger7 ein Auseinanderbewegen von Stempelteil5.2 und Matrizenteil3.2 , d. h. eine partielle Öffnung des Umformwerkzeuges1 , so dass der Kontakt zwischen Bauteil2 und Werkzeugwirkfläche bereichsweise unterbrochen wird (vgl.1 und2 ). Die Unterbrechung des Kontaktes von Werkzeugwirkfläche3.21 ,5.21 und Bauteil2 , d. h. das partielle Öffnen des Umformwerkzeuges1 , erfolgt hier bevor und nachdem der Pressenstößel mit dem Stempel5 seinen unteren Totpunkt in Bezug auf den ortsfesten Pressentisch6 erreicht hat. - Über die Stößelgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit, mit der der Stempel
5 in Richtung der Platte6 bewegt wird, sowie den Abstand der Anschläge21 ,22 lässt sich die Schließzeit des Stempelteils5.2 und des Matrizenteils3.2 einstellen. Beim Zurückfahren des Stößels18 schließen vor dem Öffnen von Matrizenteil3.1 und Stempelteil5.1 das Matrizenteil3.2 und das Stempelteil5.2 nochmals, wodurch der Bereich2.2 des Bauteils2 , in welchem ein relativ weiches Gefüge erzeugt wurde, nochmals nachgeschlagen wird. - Bei dem in den
3 und4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges1' sind Matrizenteil3.1 und Stempelteil5.1 , an denen das Bauteil partiell gehärtet werden soll, mit dem Matrizenträger (Pressentisch)6 bzw. Stempelträger7 starr verbunden. Matrizenteil3.2 und Stempelteil5.2 , an denen ein relativ weiches Gefüge im Bauteil2 eingestellt werden soll, sind dagegen über Zylinder (Arbeitszylinder)23 beweglich gegenüber dem Matrizenträger6 bzw. Stempelträger7 abgestützt. - Die Stempelteile
5.1 ,5.2 sowie der plattenförmige Stempelträger7 weisen wiederum Ausnehmungen (Durchgangsbohrungen)14 ,15 auf, die von den die Niederhalter10 tragenden Druckstangen16 mit Spiel durchdrungen sind. - Auch sind der Matrizenträger
6 sowie der Stempelträger7 mit Anschlägen13 ,22 versehen, die den Bewegungsbereich von Matrizenteil3.2 und Stempelteil5.2 begrenzen. Die Anschläge sind dabei an Halterungen12 ausgebildet, an denen das Matrizenteil3.2 bzw. Stempelteil5.2 zudem über Federelemente11 abgestützt ist. Die Federelemente11 , die vorzugsweise als Schraubenfedern ausgeführt sind, greifen an der dem Arbeitszylinder23 gegenüberliegenden Seite des Stempelteils5.2 bzw. Matrizenteils3.2 an. - Mittels der Arbeitszylinder
23 , die pneumatisch, hydraulisch oder hydropneumatisch betrieben werden können, wird die Unterbrechung des Kontaktes von Werkzeugwirkfläche3.21 ,5.21 und Bauteil2 im unteren Totpunkt der Presse realisiert. - Das Umformwerkzeug
1' gemäß den3 und4 kann so betrieben werden, dass das Umformen und partielle Presshärten je nach Wunsch mit oder ohne Nachschlagen des Werkstückes2 , d. h. mit oder ohne nochmaligem Schließen von beweglichem Matrizenteil3.2 und beweglichem Stempelteil5.2 vor dem Öffnen des fest am Pressentisch (Matrizenträger6 ) bzw. Stempelträger7 gelagerten Matrizenteils3.1 bzw. Stempelteils5.1 , erfolgen kann. - In
5 ist eine Vorrichtung zum Antrieb und zur Steuerung der beweglichen Werkzeugelemente3.2 ,5.2 des in den3 und4 dargestellten Umformwerkzeuges1' skizziert. Die Vorrichtung umfasst einen nach Art einer Pumpe arbeitenden Hydraulikzylinder24 , der bei jedem Pressenhub durch den Pressenstößel der Umformpresse angetrieben wird. Der Hydraulikzylinder24 ist vorzugsweise mit Öl befüllt und über eine Hydraulikleitung25 an dem mit dem beweglichen Stempelteil5.2 bzw. beweglichen Matrizenteil gekoppelten Arbeitszylinder23 angeschlossen. Der jeweilige Arbeitszylinder23 besteht hier aus einem hydropneumatischen Zylinder, auf dessen einer Kolbenseite das durch die Hydraulikleitung25 fließende Öl wirkt, während auf der anderen Kolbenseite ein verdichtetes Gas wirkt. Der Gasdruck in dem Zylinder23 kann beispielsweise im geschlossenen Zustand des beweglichen Stempelteils5.2 und des zugeordneten beweglichen Matrizenteils3.2 bei ca. 50 bar liegen. Mit den Bezugzeichen13 ,22 sind in5 die Anschläge des beweglichen Stempelteils5.2 bezeichnet. - In der Hydraulikleitung
25 ist ein Ventil26 , vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet. Ferner ist an der Hydraulikleitung25 zwischen dem Rückschlagventil26 und dem Arbeitszylinder23 ein hydropneumatischer Druckspeicher27 angeschlossen. Der Gasdruck in dem Druckspeicher27 beträgt im geschlossenen Zustand von Stempelteil5.2 und Matrizenteil3.2 beispielsweise ca. 250 bar. Die Hydraulikleitung25 ist ferner mit einem 3/2-Wegeventil28 versehen, von dessen drittem Anschluss eine das Ventil26 überbrückende Rücklaufleitung29 angeschlossen ist. In der Rücklaufleitung29 ist ebenfalls ein Ventil30 angeordnet, vorzugsweise ein Rückschlagventil, das entgegengesetzt zu dem Ventil26 wirkt. Ferner ist zwischen dem Ventil30 und dem 3/2-Wegeventil28 wiederum ein hydropneumatischer Druckspeicher31 angeschlossen. Der Gasdruck in diesem Druckspeicher31 beträgt im geschlossenen Zustand von Stempelteil5.2 und Matrizenteil3.2 beispielsweise ca. 5 bar. - Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind weitere Varianten denkbar, die auch bei von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006019395 A1 [0002]
Claims (13)
- Umformwerkzeug (
1 ,1' ) zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech, mit einer Matrize (3 ), einem zum Umformen des Werkstückes in eine Vertiefung (4 ) der Matrize (3 ) einführbaren Stempel (5 ) und einer Kühleinrichtung (8 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (3 ) aus einem ersten Matrizenteil (3.1 ) und mindestens einem relativ zu dem ersten Matrizenteil bewegbaren zweiten Matrizenteil (3.2 ) gebildet ist, während der Stempel (5 ) aus einem ersten Stempelteil (5.1 ) und mindestens einem relativ zu dem ersten Stempelteil bewegbaren zweiten Stempelteil (5.2 ) gebildet ist, wobei der mindestens eine bewegbare zweite Matrizenteil (3.2 ) und der mindestens eine bewegbare zweite Stempelteil (5.2 ) mit einer Öffnungsvorrichtung (17 ,18 ;23 ) zusammenwirken, die bewirkt, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil (3.2 ) und das mindestens eine zweite Stempelteil (5.2 ) das Werkstück mit kürzerer Schließzeit kontaktieren als das erste Matrizenteil (3.1 ) und das erste Stempelteil (5.1 ). - Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenteile (
3.1 ,3.2 ) beweglich mit einem Matrizenträger (6 ) und die Stempelteile (5.1 ,5.2 ) beweglich mit einem Stempelträger (7 ) verbunden sind, wobei der Matrizenträger (6 ) und der Stempelträger (7 ) jeweils mit einem Stößel (17 ,18 ) versehen sind, und wobei die Stößel (17 ,18 ) im geschlossenen Zustand des ersten Matrizenteils (3.1 ) und des ersten Stempelteils (5.1 ) durch eine weitere Annäherung von Matrizenträger (6 ) und Stempelträger (7 ) ein Auseinanderbewegen des mindestens einen zweiten Matrizenteils (3.2 ) und des mindestens einen zweiten Stempelteils (5.2 ) bewirken. - Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Matrizenteil (
3.1 ) starr und das mindestens eine zweite Matrizenteil (3.2 ) beweglich mit einem Matrizenträger (6 ) verbunden sind, während das erste Stempelteil (5.1 ) starr und das mindestens eine zweite Stempelteil (5.2 ) beweglich mit einem Stempelträger (7 ) verbunden sind, wobei der Matrizenträger (6 ) und der Stempelträger (7 ) jeweils mit einem eine Vorwärts- sowie eine Rückwärtsbewegung bewirkenden Antriebsmittel (23 ) versehen sind, und wobei im geschlossenen Zustand von erstem Matrizenteil (3.1 ) und erstem Stempelteil (5.1 ) die Antriebsmittel (23 ) ein Auseinanderbewegen des mindestens einen zweiten Matrizenteils (3.2 ) und des mindestens einen zweiten Stempelteils (5.2 ) bewirken. - Umformwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel (
23 ) aus hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Arbeitszylindern gebildet sind. - Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Matrizenteil (
3.1 ) und/oder das erste Stempelteil (5.1 ) eine Kühleinrichtung (8 ) aufweisen. - Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil (
3.2 ) und/oder das mindestens eine zweite Stempelteil (5.2 ) eine regelbare Temperiereinrichtung (9 ,9.1 ) aufweisen. - Umformwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (
9 ,9.1 ) eine Heizung ist. - Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Matrizenteil (
3.2 ) und/oder das mindestens eine zweite Stempelteil (5.2 ) aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist oder eine Oberflächenbeschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweist. - Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstückes aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt und anschließend in einem eine Matrize (
3 ) und einen Stempel (5 ) aufweisenden Umformwerkzeug warm umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung (8 ) aufweist, insbesondere unter Verwendung eines Umformwerkzeuges (1 ,1' ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des Umformwerkzeuges (1 ,1' ) der Kontakt zwischen Werkstück (2 ) und den Kontaktflächen der Matrize (3 ) und des Stempels (5 ) des Umformwerkzeuges bereichsweise durch Auseinanderbewegen eines beweglichen Matrizenteils (3.2 ) und eines beweglichen Stempelteils (5.2 ) aus einer Schließstellung in eine geöffnete Stellung unterbrochen wird. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Öffnen des Umformwerkzeuges (
1 ,1' ) der Bereich (2.2 ) des Werkstückes (2 ), in welchem der Kontakt zwischen Werkstück und den Kontaktflächen des Umformwerkzeuges bereichsweise unterbrochen wurde, durch Zurückbewegen des beweglichen Matrizenteils (3.2 ) und des Stempelteils (5.2 ) aus der geöffneten Stellung in die Schließstellung nachgeschlagen wird. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (
1' ) nach dem partiellen Presshärten des umgeformten Werkstückes (2 ) geöffnet wird ohne den Bereich (2.2 ) des Werkstückes (2 ), in welchem der Kontakt zwischen Werkstück (2 ) und den Kontaktflächen (3.21 ,5.21 ) des Umformwerkzeuges (1 ) bereichsweise unterbrochen wurde, nachzuschlagen. - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (
2.2 ) des Werkstückes (2 ), in welchem der Kontakt zwischen Werkstück (2 ) und den Kontaktflächen (3.21 ,5.21 ) des Umformwerkzeuges (1 ,1' ) bereichsweise unterbrochen wird, zuvor während des Umformens beheizt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformens auf einen Randbereich des Werkstückes (
2 ) eine in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit geregelte Niederhaltekraft ausgeübt wird.
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