DE102014200875A1 - Method and tool for hot forming metal sheets - Google Patents

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Dr. Kupetz Bernd
Robert Kirschner
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Warmumformen, insbesondere Tiefziehen, von Metallblechen beispielsweise in einer Umformpresse wird ein Werkzeug (10) mit wenigstens einem Werkzeugteil (12, 14) eingesetzt, an dem ein Werkstück (16) anliegt und verformt wird, wobei das Werkzeugteil (12, 14) einen Hauptabschnitt (20) aus einem nicht-metallischen, aushärtbaren oder verfestigbaren Material aufweist.In a method for hot forming, in particular deep drawing, of metal sheets, for example in a forming press, a tool (10) with at least one tool part (12, 14) is used on which a workpiece (16) abuts and is deformed, the tool part (12, FIG. 14) has a main portion (20) of a non-metallic, hardenable or solidifiable material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Werkzeug zum Warmumformen von Metallblechen insbesondere in einer Umformpresse.The invention relates to a method and a tool for hot forming metal sheets, in particular in a forming press.

Beim Warmumformen findet die Verformung eines metallischen Werkstücks durch ein Werkzeug bei einer Temperatur von etwa 200–1600°C statt. Bei erhöhten Temperaturen lassen sich viele Metalle einfacher verformen. Dabei kann eine oft nicht erwünschte Kaltverfestigung vermieden werden. Beim Warmumformen können Temperaturen zum Einsatz kommen, die im Zuge eines Zeit-Temperatur-Umwandlungsprozesses zu günstigen Gefügeumwandlungen führen, beispielsweise bei Stahl oberhalb der AC3-Temperatur. Es kann auch eine Umformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur des jeweiligen Metalls stattfinden.In hot forming, the deformation of a metallic workpiece by a tool takes place at a temperature of about 200-1600 ° C. At elevated temperatures, many metals are easier to deform. In this case, an often undesirable strain hardening can be avoided. During hot forming, temperatures can be used which, in the course of a time-temperature conversion process, lead to favorable microstructural transformations, for example in the case of steel above the AC 3 temperature. It can also take place a transformation above the recrystallization temperature of the respective metal.

Herkömmlich werden zum Warmumformen von Metallblechen Werkzeuge aus Stahl verwendet, die in der Herstellung aufwendig und teuer sind sowie lange Fertigungszeiten haben.Conventionally used for hot forming metal sheets tools made of steel, which are complicated to manufacture and expensive and have long production times.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Warmumformverfahren für Metallbleche sowie ein Werkzeug dafür kostengünstiger zu gestalten.The object of the invention is to make a hot forming process for metal sheets and a tool for cheaper.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Warmumformen von Metallblechen insbesondere in einer Umformpresse löst diese Aufgabe, indem ein Werkzeug mit wenigstens einem Werkzeugteil vorgesehen ist, an dem ein Werkstück anliegt und verformt wird, wobei das Werkzeugteil einen Hauptabschnitt aus einem nicht-metallischen, aushärtbaren oder verfestigbaren Material aufweist. Das für den Hauptabschnitt verwendete Material ist in einem ersten Zustand verformbar, insbesondere flüssig oder pastös, und wird nach dem Formen des Hauptabschnitts in einen zweiten Zustand überführt, in dem das Material verfestigt ist, sodass der Hauptabschnitt einen formstabilen Körper bildet.The inventive method for hot forming of metal sheets, in particular in a forming press solves this problem by providing a tool with at least one tool part on which a workpiece rests and is deformed, wherein the tool part has a main portion of a non-metallic, curable or solidifiable material , The material used for the main portion is deformable in a first state, in particular liquid or pasty, and is transferred after forming the main portion in a second state in which the material is solidified, so that the main portion forms a dimensionally stable body.

Im Prinzip kann als Material für den Hauptabschnitt des Werkzeugs jedes Material zum Einsatz kommen, das sich in einem ersten Zustand, vorzugsweise bei Raumtemperatur, leicht verformen lässt, sodass es ohne großen Bearbeitungsaufwand in die für den Hauptabschnitt gewünschte Form gebracht werden kann, und das durch Aushärten bzw. Verfestigen in einen zweiten Zustand überführt werden kann, in dem es bei Raumtemperatur sowie im Rahmen der bei einem Warmumformprozess von Metallblechen auftretenden Temperaturen und Drücken (ca. 200–1600°C, ca. 20 MPa) formstabil und druck- und temperaturbeständig ist. „Aushärten oder Verfestigen” umfasst in Sinne dieser Anmeldung alle Prozesse, die das Material von einem verformbaren ersten Zustand bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen in einen festen, formstabilen zweiten Zustand überführt, also z. B. Aushärten eines Bindemittels, Verfestigen durch Abbinden eines Zements, Brennen bei hohen Temperaturen oder Sintern unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung. Nicht gemeint ist dagegen, das Material aufzuschmelzen (durch Erhitzen über seinen physikalischen Schmelzpunkt) und wieder erstarren zu lassen (durch erneutes Abkühlen unter den Schmelzpunkt). Aufgrund ihrer Resistenz gegen die auftretenden hohen Temperaturen und Drücke sind anorganische, mineralische Materialien und Materialien mit mineralischen Füllstoffen von Vorteil.In principle, can be used as the material for the main portion of the tool, any material that can be easily deformed in a first state, preferably at room temperature, so that it can be brought into the desired shape for the main section without great processing costs, and by Curing or solidification can be converted into a second state in which it at room temperature and in the context of occurring during a hot forming process of metal sheets temperatures and pressures (about 200-1600 ° C, about 20 MPa) dimensionally stable and pressure and temperature resistant is. "Curing or solidification" in the context of this application includes all processes that converts the material from a deformable first state at room temperature or slightly elevated temperatures into a solid, dimensionally stable second state, ie, for example. B. curing a binder, solidification by setting a cement, firing at high temperatures or sintering under pressure and / or temperature. On the other hand, it does not mean melting the material (by heating it above its physical melting point) and allowing it to solidify (by re-cooling below the melting point). Due to their resistance to the occurring high temperatures and pressures, inorganic, mineral materials and materials with mineral fillers are advantageous.

Geeignete derartige Materialien sind beispielsweise Beton oder Mineralguss, der flüssig vergossen wird und anschließend in der gewünschten Form aushärtet, geeignete keramische Werkstoffe, z. B. Porzellan, Steingut oder Sinterkeramiken, die ebenfalls vergossen werden können oder als pastöse Masse verarbeitbar sind, um den Hauptabschnitt zu formen, und die anschließend unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung in den zweiten Zustand überführt werden. Insbesondere Beton ist gut geeignet, das es sich dabei um einen variabel formbaren, schnell verarbeitbaren und kostengünstigen Werkstoff handelt, dessen Festigkeit ausreichend zur Verformung von Metallblechen, einschließlich Stahlblechen, ist. Aufgrund seiner Wärmebeständigkeit bei den dort auftretenden Temperaturen eignet sich Beton auch für Warmumformverfahren.Suitable such materials include concrete or mineral casting, which is poured liquid and then cured in the desired shape, suitable ceramic materials, eg. As porcelain, earthenware or sintered ceramics, which can also be cast or processed as a pasty mass to form the main portion, and then transferred under the action of temperature and / or pressure in the second state. In particular, concrete is well suited, being a variably formable, rapidly processable and inexpensive material whose strength is sufficient for the deformation of metal sheets, including steel sheets. Due to its heat resistance at the temperatures occurring there, concrete is also suitable for hot forming processes.

Um das umzuformende Werkstück auf die gewünschte Umformtemperatur zu erhitzen oder um ein zu starkes Abkühlen des Metallblechs während des Umformens zu verhindern, wird vorzugsweise das wenigstens eine Werkzeugteil zumindest in einem Kontaktbereich mit dem Werkstück beheizt. Es ist möglich, lokal nur einen begrenzten Hauptabschnitt des Kontaktbereichs oder aber den gesamten Kontaktbereich zu erhitzen.In order to heat the workpiece to be formed to the desired forming temperature or to prevent excessive cooling of the metal sheet during forming, preferably the at least one tool part is heated at least in a contact region with the workpiece. It is possible to locally heat only a limited main portion of the contact area or the entire contact area.

Zur Erzeugung eines kontrollierten Temperaturgradienten oder um bestimmte Hauptabschnitte des Werkstücks vor einer Temperatureinwirkung zu schützen, ist es möglich, das wenigstens eine Werkzeugteil zumindest abschnittsweise zu kühlen, um eine gezielte aktive Kühlwirkung auf Bereiche des Werkstücks auszuüben.In order to produce a controlled temperature gradient or to protect certain main sections of the workpiece from a temperature effect, it is possible to cool the at least one tool part at least in sections in order to exert a targeted active cooling effect on areas of the workpiece.

Das Umformverfahren kann insbesondere ein Tiefziehverfahren sein.The forming process may in particular be a deep drawing process.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug, beispielsweise einer Umformpresse, zum Warmumformen von Metallblechen, das insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, weist wenigstens ein Werkzeugteil auf, an dem ein Werkstück anliegt und verformt wird, wobei das Werkzeugteil einen Hauptabschnitt aus dem oben beschriebenen nicht-metallischen, aushärtbaren oder verfestigbaren Material aufweist. Auf diese Weise kann der Hauptabschnitt des Werkzeugteils, also der Bereich, der durch direkten Kontakt oder durch Übertragung der notwendigen Druckkräfte zur Umformung des Werkstücks beiträgt, aus einem in hohen Maß druck- und temperaturbeständigen, kostengünstigen Material in einem schnellen, kostengünstigen Verfahren hergestellt werden, das dennoch die Fertigung sehr komplexer Werkzeugformen erlaubt.An inventive tool, such as a forming press, for hot forming metal sheets, which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention, has at least one tool part on which a workpiece rests and is deformed, wherein the tool part is a main portion of the Having described above non-metallic, curable or solidifiable material. In this way, the main portion of the tool part, so the area that contributes to the deformation of the workpiece by direct contact or by transferring the necessary compressive forces, can be made of a high-pressure and temperature-resistant, cost-effective material in a fast, inexpensive process, which nevertheless allows the production of very complex molds.

Das Werkzeug kann wenigstens zwei gegeneinander bewegliche Werkzeugteile aufweisen, zwischen denen das Metallblech umgeformt wird.The tool may have at least two mutually movable tool parts, between which the metal sheet is formed.

Es ist jedoch auch möglich, nur ein einziges Werkzeugteil zu verwenden und das umzuformende Werkstück beispielsweise einzuspannen oder die zum Umformen notwendige Kraft durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium aufzubringen, das auf das umzuformende Werkstück einwirkt (z. B. hydromechanisches Tiefziehen).However, it is also possible to use only a single tool part and to clamp the workpiece to be formed, for example, or to apply the force necessary for forming through a liquid or gaseous medium which acts on the workpiece to be reshaped (eg hydromechanical deep drawing).

Der Hauptabschnitt des Werkzeugteils kann wenigstens in einem Kontaktbereich zum umzuformenden Werkstück mit einem Mantelbauteil bedeckt sein, um z. B. den Hauptabschnitt vor Abnutzung und Verschleiß zu schützen.The main portion of the tool part can be covered with a jacket component at least in a contact region to the workpiece to be formed, in order, for. B. to protect the main section from wear and tear.

Beispielsweise kann das Mantelbauteil Ecken und Kanten des Hauptabschnitts bedecken, die die spätere Form des umgeformten Werkstücks bestimmen.For example, the shell component may cover corners and edges of the main portion that determine the later shape of the formed workpiece.

Insbesondere ist die gesamte mit dem umzuformenden Werkstücks in Kontakt kommende Oberfläche des Werkzeugteils durch das Mantelbauteil gebildet.In particular, the entire surface of the tool part coming into contact with the workpiece to be formed is formed by the jacket component.

Das Mantelbauteil besteht vorzugsweise aus Stahl, beispielsweise einem Stahlblech, was die Verarbeitung und die Herstellung des Werkzeugs vereinfacht. Die Verwendung anderer Materialien für das Mantelbauteils ist auch möglich, so beispielsweise Titan oder andere verschleißfeste Metalle, aber auch geeignete Keramiken.The jacket component is preferably made of steel, for example a steel sheet, which simplifies the processing and manufacture of the tool. The use of other materials for the shell component is also possible, such as titanium or other wear-resistant metals, but also suitable ceramics.

Der Hauptabschnitt kann mit einer Beschichtung versehen werden, etwa um den Verschleiß zu vermindern. Geeignete Materialien für die Beschichtung sind z. B. TiN oder DLC (diamant-ähnlicher Kohlenstoff). Die Beschichtung kann das Mantelbauteil ersetzen oder zusätzlich auch auf dieses aufgebracht werden.The main portion may be provided with a coating, such as to reduce wear. Suitable materials for the coating are z. TiN or DLC (diamond-like carbon). The coating can replace the shell component or additionally be applied to this.

Das Mantelbauteil kann auch als Gussform für Hauptabschnitt genutzt werden, wobei zunächst die äußere Werkzeugform durch eine beispielsweise aus Stahlblech vorgeformte Schale vorgegeben wird. In einem zweiten Schritt wird diese Schale mit dem Material, das später den Hauptabschnitt bildet, in dessen ersten Zustand ausgegossen oder ausgefüllt, sodass im fertigen Werkzeugteil der Hauptabschnitt einen Kern bildet, der zumindest teilweise von einer Schale aus einem anderen Werkstoff umgeben ist.The jacket component can also be used as a casting mold for the main portion, wherein initially the outer tool shape is predetermined by a preformed example of sheet steel shell. In a second step, this shell is filled or filled with the material which later forms the main section in its first state, so that in the finished tool part the main section forms a core which is at least partially surrounded by a shell of another material.

Alternativ ist es auch möglich, das Mantelbauteil z. B. durch Schrauben, Klemmen oder Kleben fest mit dem Hauptabschnitt zu verbinden.Alternatively, it is also possible for the jacket component z. B. by screws, clamps or gluing firmly to the main section.

Das Mantelbauteil kann auch nur in einem begrenzten Bereich vorgesehen sein. Dort lässt es sich durch eingebettete Befestigungselemente oder einfach nachträglich durch Schrauben, Klemmen oder Kleben am Hauptabschnitt des Werkzeugteils befestigen.The jacket component can also be provided only in a limited area. There it can be fixed by embedded fasteners or simply subsequently by screws, clamps or gluing on the main portion of the tool part.

Die Fertigung eines Hauptabschnitts der Werkzeugteils aus einem Material, das in einem ersten Zustand einfach zu formen ist, bietet auch den Vorteil, dass sich Leitungen für wenigstens ein Funktionssystem des Werkzeugs oder einer Umformpresse einfach in das Werkzeugteil einbetten lassen, beispielsweise beim Gießen des Hauptabschnitts.The production of a main portion of the tool part from a material that is easy to shape in a first state also offers the advantage that lines for at least one functional system of the tool or a forming press can be easily embedded in the tool part, for example when casting the main section.

Funktionssysteme können beispielsweise eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung, eine Hydraulik, aber auch elektrische Leitungen oder Leerrohre sein.Functional systems may be, for example, a heating device, a cooling device, a hydraulic, but also electrical lines or conduits.

Außerdem können Wärmeisolierungen auf einfache Weise durch Eingießen im Werkzeug integriert werden.In addition, thermal insulation can be easily integrated by pouring in the tool.

Eine in den Hauptabschnitt des Werkzeugteils eingebettete Heizeinrichtung kann elektrische Heizleitungen und/oder Fluidleitungen für den Durchfluss einer Heizflüssigkeit aufweisen, um die Werkzeugteile und/oder das Werkstück abschnittsweise auf eine gewünschte Temperatur aufzuheizen. Heizleitungen lassen sich in Form von stromdurchflossenen Drähten ausbilden, die direkt in ihrer Umgebung das Werkzeugteil aufheizen. Es können aber auch stromführenden Leitungen verlegt werden, die über Induktion einen Stromfluss in einem Hauptabschnitt des Werkstücks und so eine lokale Erhitzung des Werkstücks hervorrufen. Die Heizeinrichtung könnte auch einen Gasbrenner aufweisen, der in dem Hauptabschnitt angeordnet ist.A heating device embedded in the main section of the tool part can have electrical heating lines and / or fluid lines for the passage of a heating fluid in order to heat the tool parts and / or the workpiece in sections to a desired temperature. Heating cables can be formed in the form of current-carrying wires that heat up the tool part directly in their environment. However, it is also possible to lay current-carrying lines which, via induction, cause a current flow in a main section of the workpiece and thus a local heating of the workpiece. The heater could also include a gas burner located in the main section.

Besteht das Mantelbauteil aus einem elektrisch leitfähigen Material, könnte auch dieses durch direkten Stromfluss erhitzt werden.If the jacket component is made of an electrically conductive material, this could also be heated by direct current flow.

Ebenso ist es möglich, das umzuformende Werkstück aus Metallblech komplett oder abschnittsweise zu erhitzen, indem ein elektrischer Strom hindurch geleitet wird.It is also possible to completely or partially heat the workpiece to be formed from sheet metal by passing an electric current through it.

In denselben oder in anderen Werkzeugbereichen können Kühleinrichtungen, beispielsweise in Form von mit Kühlmittel durchströmten Fluidleitungen vorgesehen sein, um wärmeempfindliche Bereiche des Werkzeugteils, des Werkstücks und/oder der Umformpresse zu schützen. Cooling devices, for example in the form of fluid lines through which coolant flows, may be provided in the same or in other tool regions in order to protect heat-sensitive regions of the tool part, of the workpiece and / or of the forming press.

Die Kühleinrichtungen können auch genutzt werden, um gezielt Bereiche des Werkstücks abzukühlen, beispielsweise direkt nach einem Umformschritt, um z. B. lokal eine Härtung hervorzurufen.The cooling devices can also be used to cool targeted areas of the workpiece, for example, directly after a forming step to z. B. locally cause a cure.

Sämtliche Heiz- und Kühleinrichtungen können von einer Steuereinheit der Umformpresse in Abhängigkeit vom Ablauf des Umformverfahrens gesteuert werden.All heating and cooling devices can be controlled by a control unit of the forming press depending on the course of the forming process.

Außerdem lassen sich Hydraulikleitungen oder Leerrohre für Hydraulikleitungen in den Hauptabschnitt einbetten, die beispielsweise eine Bewegung von weiteren beweglichen Abschnitten der Werkzeugteile steuern.In addition, hydraulic lines or conduits for hydraulic lines can be embedded in the main section, which control, for example, a movement of other movable portions of the tool parts.

Es ist auch möglich, das Werkzeugteil so auszubilden, dass in bestimmten Bereichen gezielt Luftspalte (z. B. zwischen 0,1 und 100 mm) zwischen der Oberfläche des Werkzeugteils und dem Werkstück entstehen. So lassen sich auf einfache Weise die Temperatur des Werkstücks beeinflussen und auch Temperaturverläufe z. B. von einem erhitzten zu einem gekühlten Bereich des Werkstücks gezielt einstellen.It is also possible to design the tool part in such a way that air gaps (for example between 0.1 and 100 mm) between the surface of the tool part and the workpiece are produced in specific areas. Thus, the temperature of the workpiece can be influenced in a simple manner and also temperature profiles z. B. from a heated to a cooled area of the workpiece targeted.

Das erfindungsgemäße Warmumformverfahren und das erfindungsgemäße Werkzeug dazu erlauben es, einfach und kostengünstig in einem einzigen Arbeitsschritt Umformprozesse auch an Werkstücken durchzuführen, die nur bereichsweise warmumgeformt werden sollen und in anderen Bereichen beispielsweise eine Kaltumformung erfahren sollen oder auch gar nicht umgeformt, aber auch nicht erwärmt werden sollen. Außerdem kann durch Einsatz der Heiz- und Kühleinrichtungen das Werkstück ein komplexes Zeit-Temperatur-Profil während des Umformprozesses durchlaufen, bei dem vorbestimmte Temperaturen über jeweils eine bestimmte Zeitdauer gehalten werden, was beispielsweise ein sogenanntes Taylored Tempering zulässt.The hot stamping method according to the invention and the tool according to the invention make it possible to carry out forming processes on workpieces which are only partially thermoformed and should, for example, undergo cold forming in other areas or are not formed at all, but also not heated should. In addition, by using the heating and cooling devices, the workpiece can undergo a complex time-temperature profile during the forming process, in which predetermined temperatures are held over a particular period of time, which allows, for example, a so-called Taylored tempering.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug einer Umformpresse zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.The single FIGURE shows a schematic sectional view through an inventive tool of a forming press for performing a method according to the invention.

Die Figur zeigt ein Werkzeug 10 einer nicht näher dargestellten Warmumformpresse, das in diesem Beispiel zwei Werkzeugteile 12, 14 hat, zwischen denen ein Werkstück 16 in Form eines Metallblechs in einem Warmumformverfahren umgeformt werden kann. Im dargestellten Beispiel ist das in der Figur untere Werkzeugteil 14 (Matritze) ortsfest angeordnet, während sich das obere Werkzeugteil 12 (Stempel oder Patritze) in Richtung des Pfeils P hin- und herbewegen kann.The figure shows a tool 10 a hot forming press, not shown, in this example, two tool parts 12 . 14 has, between which a workpiece 16 can be formed in the form of a metal sheet in a hot forming process. In the example shown, the lower part of the tool is in the figure 14 (Die) stationary, while the upper tool part 12 (Stamp or pad) in the direction of arrow P reciprocate.

Das Werkstück 16 ist im dargestellten Fall ein Stahlblech, könnte aber auch aus einem anderen Metall bestehen.The workpiece 16 in the case shown is a steel sheet, but could also consist of a different metal.

Beim Umformen, hier durch Tiefziehen, wird das Werkstück 16 durch Zusammenfahren der beiden Werkzeugteile 12, 14 durch Kontaktbereiche 18 der Werkzeugteile 12, 14 erfasst und verformt. Diese Situation ist in der Figur dargestellt, wobei die einzelnen Komponenten nur aus Übersichtlichkeitsgründen voneinander beabstandet gezeigt sind.During forming, here by deep drawing, the workpiece becomes 16 by moving the two tool parts together 12 . 14 through contact areas 18 the tool parts 12 . 14 captured and deformed. This situation is shown in the figure, wherein the individual components are shown spaced apart only for reasons of clarity.

In diesem Beispiel enthält jedes der Werkzeugteile 12, 14 einen Hauptabschnitt 20 aus einem geeigneten nicht-metallischen Material, der hergestellt wird, indem das Material in einem ersten Zustand, in dem es bei Raumtemperatur verformbar ist, geformt wird, und dann das Material in einen zweiten Zustand überführt wird, in dem es bei Raumtemperatur formstabil ist. Im gezeigten Beispiel besteht der Hauptabschnitt 20 aus Beton, es könnte aber z. B. auch eine geeignete Keramik oder ein anderes der oben genannten Materialien verwendet werden.In this example, each of the tool parts contains 12 . 14 a main section 20 of a suitable non-metallic material prepared by molding the material in a first state in which it is deformable at room temperature, and then converting the material to a second state in which it is dimensionally stable at room temperature. In the example shown, the main section 20 made of concrete, but it could be z. B. also a suitable ceramic or another of the above materials can be used.

Der Hauptabschnitt 20 ist hier in beiden Werkzeugteilen 12, 14 jeweils durch ein Mantelbauteil 22 abgedeckt, das in diesem Beispiel aus einem Stahlblech besteht.The main section 20 is here in both tool parts 12 . 14 each by a jacket component 22 covered, which in this example consists of a steel sheet.

Insbesondere sind die Kontaktbereiche 18 der Werkzeugteile 12, 14 durch das Mantelbauteil 22 abgedeckt, sodass die Form des Mantelbauteils 22 die Form des umgeformten Werkstücks 16 bestimmt. Der Hauptabschnitt 20 des Werkzeugteils 12 ist hier vollständig von einem Mantelbauteil 22 umgeben, während am Werkzeugteil 14 das Mantelbauteil 22 hauptsächlich im Kontaktbereich 18 angeordnet ist. Verwendung und Form der Mantelbauteile 22 lassen sich auf den jeweiligen Einzelfall anpassen.In particular, the contact areas 18 the tool parts 12 . 14 through the jacket component 22 Covered so that the shape of the shell component 22 the shape of the formed workpiece 16 certainly. The main section 20 of the tool part 12 is here completely from a shell component 22 surrounded while on the tool part 14 the jacket component 22 mainly in the contact area 18 is arranged. Use and shape of the shell components 22 can be adapted to the individual case.

Das einen Hohlkörper bildende Mantelbauteil 22 bildet in diesem Beispiel zumindest einen Teil einer Gussform für den Hauptabschnitt 20. Das vorgefertigte Mantelbauteil 22 wird mit dem Material des Hauptabschnitts 20 in dessen ersten Zustand ausgegossen, wobei sich der Hauptabschnitt 20 fest mit dem Mantelbauteil 22 verbindet.The shell member forming a hollow body 22 forms in this example at least a part of a mold for the main section 20 , The prefabricated shell component 22 becomes with the material of the main section 20 poured out in its first state, with the main section 20 firmly with the jacket component 22 combines.

Beim Formen des Hauptabschnitts 20 werden in diesem Fall Bestandteile einer Heizeinrichtung mit in den Beton eingegossen. Als Beispiel für Varianten der Heizeinrichtung sind im oberen Werkzeugteil 12 Fluidleitungen 24 eingebettet, in denen ein aufgeheiztes Fluid strömen kann. Im in der Figur unteren Werkzeugteil 14 sind elektrische Heizleitungen 26 eingebettet, die eine Erwärmung des Kontaktbereichs 18 bewirken können. Die Heizleitungen 26 können entweder durch Stromdurchfluss erhitzt werden und so in ihrer Umgebung das Werkzeugteil 14 aufheizen, oder es kann sich um Induktionsleitungen handeln, die so angeordnet sind, dass ein Stromfluss durch die Heizleitungen 26 einen Stromfluss in einem Bereich des Werkstücks 16 induziert, der diesen lokal erhitzt.When molding the main section 20 In this case, components of a heating device are poured into the concrete. As an example for Variants of the heater are in the upper part of the tool 12 fluid lines 24 embedded, in which a heated fluid can flow. In the lower part of the figure in the figure 14 are electrical heating cables 26 embedded, which is a heating of the contact area 18 can effect. The heating cables 26 can either be heated by current flow and so in their environment the tool part 14 heat up, or it may be induction lines, which are arranged so that a current flow through the heating cables 26 a flow of current in a region of the workpiece 16 which heats this locally.

Das Warmumformverfahren kann bei Temperaturen von etwa 200 bis 1600°C durchgeführt werden, wobei das gesamte Werkstück 16 auf die notwendigen Temperaturen aufgeheizt werden kann. In diesem Beispiel wird jedoch das Werkstück 16 nur lokal auf die in jedem Bereich gewünschte Temperatur erhitzt. Unterschiedliche Bereiche des Werkstücks 16 können dabei auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden.The hot forming process can be carried out at temperatures of about 200 to 1600 ° C, with the entire workpiece 16 can be heated to the necessary temperatures. In this example, however, the workpiece becomes 16 only locally heated to the desired temperature in each area. Different areas of the workpiece 16 can be brought to different temperatures.

Dies wird durch eine (in der Figur nur angedeutete) Kühleinrichtung 28 unterstützt, die hier durch von einem Kühlmittel durchströmte Kühlleitungen ausgebildet ist. Zum Beispiel können die Kühlmittelleitungen zur Kühlung bestimmter Bereiche der Werkzeugteile 12, 14 vorgesehen sein und im Hauptabschnitt 20 verlegt, z. B. umgossen, werden.This is done by a (in the figure only hinted) cooling device 28 supported, which is formed here by coolant flows through a cooling lines. For example, the coolant lines for cooling certain areas of the tool parts 12 . 14 be provided and in the main section 20 relocated, z. B. be poured.

Durch die Kühleinrichtung lässt sich das Werkstück 16 in bestimmten Bereichen gezielt herunter kühlen. Dies kann ausgenutzt werden, um im Umformverfahren vorbestimmte Bereiche des Werkstücks 16 vor Hitzeeinwirkung zu schützen und beispielsweise einem Kaltumformverfahren zu unterziehen, aber auch, um Bereiche des Werkstücks 16 nach einem vorbestimmten Zeit-Temperatur-Profil zu vorbestimmten Zeiten auf vorbestimmte Temperaturen zu bringen.By the cooling device can be the workpiece 16 deliberately cool down in certain areas. This can be exploited in the forming process to predetermined areas of the workpiece 16 To protect against heat and undergo, for example, a cold forming process, but also to areas of the workpiece 16 to bring to predetermined temperatures according to a predetermined time-temperature profile at predetermined times.

Es ist denkbar, die zum Warmumformen des Werkstücks 16 notwendigen Temperaturen allein durch die Heizeinrichtung mit Fluidleitungen 24 und elektrischen Leitungen 26 aufzubringen. Auf einen separaten Ofen zum Aufheizen des Werkstücks 16 kann dann verzichtet werden.It is conceivable that for hot forming the workpiece 16 necessary temperatures solely by the heater with fluid lines 24 and electrical wires 26 applied. On a separate oven to heat the workpiece 16 can then be dispensed with.

Es ist aber auch möglich, das Werkstück 16 auf die entsprechende Temperatur vorzuwärmen und die Heizeinrichtung nur zu verwenden, um ein zu schnelles Auskühlen des Werkstücks 16 zu verhindern oder entsprechend einem vorgegebenen Zeit-Temperatur-Profil die Temperatur des Werkstücks 16 anzupassen.But it is also possible, the workpiece 16 preheat to the appropriate temperature and use the heater only to overcool the workpiece too quickly 16 to prevent or according to a predetermined time-temperature profile, the temperature of the workpiece 16 adapt.

Weiterhin weist in diesem Beispiel das untere Werkzeugteil 14 eine bis zum Kontaktbereich 18 führende Leitung 30 auf, die beispielsweise zur Zufuhr von Flüssigkeiten oder Gasen direkt zum Werkstück 16 genutzt werden kann. Denkbar ist, über die Leitung einen Gasbrenner zum lokalen Erhitzen des Werkstücks 16 zu betreiben oder ein Kühlmittel, z. B. flüssigen Stickstoff, direkt auf die Oberfläche des Werkstücks 16 zu leiten.Furthermore, in this example, the lower tool part 14 one to the contact area 18 leading line 30 for example, for supplying liquids or gases directly to the workpiece 16 can be used. It is conceivable, via the line a gas burner for local heating of the workpiece 16 to operate or a coolant, for. As liquid nitrogen, directly on the surface of the workpiece 16 to lead.

Es lassen sich auch beispielsweise Isolierungen in den Hauptabschnitt 20 eingießen, die den Rest des Werkzeugs 10 sowie weitere Teile der Umformpresse, in der das Werkzeug 10 eingesetzt wird, gegen die hohen Temperaturen beim Umformen abschirmen (nicht dargestellt).It is also possible, for example, insulation in the main section 20 pour in the rest of the tool 10 as well as other parts of the forming press, in which the tool 10 is used to shield against the high temperatures during forming (not shown).

Auch weitere elektrische Leitungen zur Energieversorgung bestimmter Teile der Umformpresse lassen sich auf diese Weise leicht in die Werkzeugteile 12, 14 integrieren. Zur Auswechselbarkeit der elektrischen Leitungen oder Hydraulikleitungen lassen sich auch Leerrohre einbetten.Also, other electrical lines for powering certain parts of the forming press can be easily in this way in the tool parts 12 . 14 integrate. For interchangeability of the electrical lines or hydraulic lines can also embed conduits.

Es ist auch möglich, Hydraulikleitungen in die Werkzeugteile 12, 14 einzubetten, die beispielsweise einen (nicht dargestellten) weiteren Stempel in einem der Werkzeugteile 12, 14 unabhängig von diesen für weitere Umformschritte des Werkstücks 16 bewegen.It is also possible to use hydraulic lines in the tool parts 12 . 14 to embed, for example, a (not shown) further stamp in one of the tool parts 12 . 14 independent of these for further forming steps of the workpiece 16 move.

Auch das Mantelbauteil 22 kann zur Erwärmung des Werkstücks 16 eingesetzt werden. Hierzu sind in diesem Beispiel elektrische Anschlüsse 32 im Mantelbauteil 22 vorgesehen, sodass dieses durch Stromfluss erhitzt werden kann. Durch eine gezielte Anpassung beispielsweise der Dicke des Mantelbauteils 22 in vorbestimmten Leitungsbahnen lässt sich der Stromfluss und damit eine Temperaturverteilung über den Kontaktbereich 18 festlegen. Bei der Herstellung des Werkzeugteils 14 wird das Mantelbauteil 22 komplett mit dem Material des Hauptabschnitts 20 hinterfüllt, sodass etwaige Dickenunterschiede an der Rückseite des Mantelbauteils 22 direkt bei der Herstellung des Hauptabschnitts 20 automatisch ausgeglichen werden.Also the jacket component 22 can be used to warm up the workpiece 16 be used. These are in this example electrical connections 32 in the jacket component 22 provided so that it can be heated by current flow. By a targeted adaptation, for example, the thickness of the shell component 22 in predetermined conduction paths can be the current flow and thus a temperature distribution over the contact area 18 establish. In the manufacture of the tool part 14 becomes the jacket component 22 complete with the material of the main section 20 backfilled, so that any thickness differences on the back of the shell component 22 directly in the production of the main section 20 be compensated automatically.

Der Hauptabschnitt 20 besteht hier aus einem elektrisch nicht leitenden Material, sodass der Stromfluss auf das Mantelbauteil 22 beschränkt bleibt.The main section 20 consists here of an electrically non-conductive material, so that the flow of current to the shell component 22 remains limited.

In diesem Fall bietet sich das Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf das Mantelbauteil 22 an.In this case, the application of an electrically insulating coating on the jacket component offers itself 22 at.

Auch das Werkstück 16 selbst kann elektrisch erhitzt werden. Zu diesem Zweck sind hier elektrische Anschlüsse 34 vorgesehen, z. B. in Form von Klemmen, die an das Werkstück 16 beim Einbringen in die Umformpresse angebracht werden.Also the workpiece 16 itself can be heated electrically. For this purpose, here are electrical connections 34 provided, z. B. in the form of clamps to the workpiece 16 be placed during insertion into the forming press.

Außerdem sind (nicht dargestellte) Sensoren z. B. für Druck, lokale Temperatur, Temperaturgradienten und/oder eine Luftspaltbreite im Hauptabschnitt 20 eines oder beider Werkzeugteile 12, 14 eingebettet, um den Umformprozess im Detail überwachen zu können.In addition, (not shown) sensors z. B. for pressure, local temperature, temperature gradients and / or an air gap width in the main section 20 one or both tool parts 12 . 14 embedded to monitor the forming process in detail.

Claims (13)

Verfahren zum Warmumformen, insbesondere Tiefziehen, von Metallblechen, wobei ein Werkzeug (10) mit wenigstens einem Werkzeugteil (12, 14) vorgesehen ist, an dem ein Werkstück (16) anliegt und verformt wird, wobei das Werkzeugteil (12, 14) einen Hauptabschnitt (20) aus einem nicht-metallischen, aushärtbaren oder verfestigbaren Material aufweist.Method for hot forming, in particular deep drawing, of metal sheets, wherein a tool ( 10 ) with at least one tool part ( 12 . 14 ) is provided, on which a workpiece ( 16 ) is applied and deformed, wherein the tool part ( 12 . 14 ) a main section ( 20 ) of a non-metallic, hardenable or solidifiable material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Beton, Keramik, Sinterkeramik, Mineralguss, Steingut, Steinzeug oder Porzellan umfasst.A method according to claim 1, characterized in that the material comprises concrete, ceramic, sintered ceramics, mineral casting, stoneware, stoneware or porcelain. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Werkzeugteil (12, 14) zumindest in einem Kontaktbereich (18) mit dem Werkstück (16) beheizt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one tool part ( 12 . 14 ) at least in one contact area ( 18 ) with the workpiece ( 16 ) is heated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Werkzeugteil (12, 14) zumindest abschnittsweise gekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one tool part ( 12 . 14 ) is cooled at least in sections. Werkzeug zum Warmumformen von Metallblechen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Werkzeugteil (12, 14) vorgesehen ist, an dem ein Werkstück (16) anliegt und verformt wird, wobei das Werkzeugteil (12, 14) einen Hauptabschnitt (20) aus einem nicht-metallischen, aushärtbaren oder verfestigbaren Material aufweist.Tool for hot forming metal sheets, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one tool part ( 12 . 14 ) is provided, on which a workpiece ( 16 ) is applied and deformed, wherein the tool part ( 12 . 14 ) a main section ( 20 ) of a non-metallic, hardenable or solidifiable material. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Beton, Keramik, Sinterkeramik, Mineralguss, Steingut, Steinzeug oder Porzellan umfasstTool according to claim 5, characterized in that the material comprises concrete, ceramic, sintered ceramics, mineral casting, stoneware, stoneware or porcelain Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegeneinander bewegliche Werkzeugteile (12, 14) vorgesehen sind.Tool according to one of claims 5 and 6, characterized in that two mutually movable tool parts ( 12 . 14 ) are provided. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (20) wenigstens in einem Kontaktbereich (18) zum umzuformenden Werkstück (16) mit einem Mantelbauteil (22) bedeckt ist.Tool according to one of claims 5 to 7, characterized in that the main section ( 20 ) at least in one contact area ( 18 ) to the workpiece ( 16 ) with a jacket component ( 22 ) is covered. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (20) fest mit dem Mantelbauteil (22) verbunden ist, insbesondere eingegossen, geklemmt oder geschraubt.Tool according to one of claims 5 to 8, characterized in that the main section ( 20 ) fixed to the shell component ( 22 ) is connected, in particular cast, clamped or screwed. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen für wenigstens ein Funktionssystem der Umformpresse in den Hauptabschnitt (20) eingebettet sind.Tool according to one of claims 5 to 9, characterized in that lines for at least one functional system of the forming press in the main section ( 20 ) are embedded. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptabschnitt (20) eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung (28) integriert ist, über die das Werkzeugteil (12, 14) zumindest abschnittsweise heizbar oder kühlbar ist.Tool according to claim 10, characterized in that in the main section ( 20 ) a heating device and / or a cooling device ( 28 ), via which the tool part ( 12 . 14 ) is at least partially heated or cooled. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung elektrische Heizleitungen (26) und/oder Fluidleitungen (24) für den Durchfluss einer Heizflüssigkeit aufweist.Tool according to claim 11, characterized in that the heating device electrical heating cables ( 26 ) and / or fluid lines ( 24 ) for the flow of a heating fluid. Werkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikleitungen in den Hauptabschnitt (20) eingebettet sind.Tool according to one of claims 10 to 12, characterized in that hydraulic lines in the main section ( 20 ) are embedded.
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