DE102014218222B4

DE102014218222B4 - Presshärtungssystem

Info

Publication number: DE102014218222B4
Application number: DE102014218222.0A
Authority: DE
Inventors: Niklas Herter; Sebastian Turner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: DE102014218222A1

Abstract

Presshärtungssystem, in welchem eine Schneidmatrize (10) vorgesehen ist zur Montage in einem Presshärtewerkzeug. Die Schneidmatrize hat eine Grundfläche (11) und eine Deckfläche (12), welche mit vorbestimmtem Abstand voneinander übereinander angeordnet sind, und eine Mantelfläche (13), welche die Grundfläche und die Deckfläche an umlaufenden Begrenzungsrändern dieser miteinander verbindet, so dass ein Matrizenkörper (14) gebildet ist. Die Deckfläche weist eine Kontur zur warmumformenden Übertragung auf ein im Presshärtewerkzeug zu formendes Pressteil auf. Im Matrizenkörper erstreckt sich ein Schneidloch (15) durchgehend von der Deckfläche bis zur Grundfläche. Im Matrizenkörper ist ein Kühlmittelkanal (20) vorgesehen, der einen Einlassabschnitt (21), welcher sich im Matrizenkörper zwischen Mantelfläche und Schneidloch eintretend in die Grundfläche in Richtung zur Deckfläche hin erstreckt, ein Buchtabschnitt (23), welcher sich deckflächenseitig an den Einlassabschnitt anschließend mit vorbestimmtem Abstand von Deckfläche und Schneidloch im Matrizenkörper um das Schneidloch herum erstreckt, und einen Auslassabschnitt (27) hat, welcher sich nach Umlauf des Buchtabschnitts (23) um das Schneidloch an diesen anschließend im Matrizenkörper zwischen Mantelfläche und Schneidloch neben dem Einlassabschnitt erstreckt und in die Grundfläche mündet. Ferner hat die Schneidmatrize Befestigungsmittel (16, 17) zum Befestigen der Schneidmatrize im Presshärtewerkzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Presshärtungssystem und insbesondere eine Schneidmatrize zur Montage in einem Presshärtewerkzeug, ein mit einer solchen Schneidmatrize versehenes Presshärtewerkzeug zum warmumformenden und härtenden Herstellen eines Pressteils und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schneidmatrize.
Presshärten ist ein Verfahren der Warmumformung von Blechen, welches u.a. auch im Automobilbau zur Anwendung kommt. Beim Presshärten wird ein Metallblech auf eine Temperatur von z.B. etwa 950°C erwärmt und während der Formgebung im Presswerkzeug bzw. in der Form abgekühlt und dadurch gehärtet. Presshärten wird daher häufig auch als Formhärten bezeichnet.
Sollen nun im Presswerkzeug gleichzeitig mit der warmumformenden Formgebung werkzeugfallend Warmlochungen hergestellt werden, bringt dies einige Probleme mit sich. Beim Presshärten ist es wichtig, dass Aktivelemente, die mit dem erwärmten Metallblech bzw. dem zu erzeugenden Pressteil in Kontakt kommen, aktiv gekühlt werden, um die aufhärtende Gefügeumwandlung im erwärmten Metallblech zu realisieren und zu Produktivitätsgewährleistung die Zykluszeit für das Presshärten minimal zu halten. Beim Warmlochen mit ungekühlten Schneidelementen besteht dabei die Gefahr, dass sich die Schneidelemente zu sehr erwärmen und dadurch deren Härte und Festigkeit vermindert wird, was zum vorzeitigen Ausfall der Schneidelemente führt. Außerdem kann das erwärmte Metallblech bzw. Pressteil an den Auflagerändern von ungekühlten Schneidelementen nicht schnell genug abgekühlt werden, sodass sich die gewünschten Materialparameter (erhöhte Festigkeit bzw. Härte) dort nicht einstellen oder nur zu erreichen wären, wenn produktivitätsmindernd die Zykluszeit verlängert werden würde.
Aus DE 27 18 970 A1 ist ein Presshärtewerkzeug mit einem Untergesenk bekannt, welches eine kühlbare Formfläche mit einer Kontur zur warmumformenden Übertragung auf ein Pressteil aufweist. Im Untergesenk sind mehrere Schneidlöcher vorgesehen, welche sich durchgehend von der Formfläche bis zu einer untenliegenden Freifläche des Untergesenks erstrecken und an einem jeweiligen Austritt zur Formfläche jeweils eine Schneidkante definieren. Um die Kühlung der Formfläche zu realisieren, ist im Untergesenk ein Kühlwasserkanal vorgesehen. Eine auf den Bereich der Schneidlöcher und deren Schneidkanten bzw. umliegenden Ränder abgestimmte Kühlung ist jedoch nicht vorgesehen. Zudem sind die Schneidlöcher integral in das Material des Untergesenks eingebracht, so dass bei Verschleiß der Schneidkanten erheblicher Wartungsaufwand und Ausfallzeiten entstehen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Presshärtungssystem bereitzustellen, welches ein werkzeugfallendes Warmlochen kombiniert mit einem Presshärtevorgang bei optimaler Kühlung im Lochungsbereich ermöglicht.
Dies wird mit einer Schneidmatrize gemäß Anspruch 1, einem Presshärtewerkzeug gemäß Anspruch 5 und einem Verfahren zum Herstellen einer Schneidmatrize gemäß Anspruch 9 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist eine Schneidmatrize zur Montage in einem Presshärtewerkzeug eine Grundfläche und eine Deckfläche, welche mit vorbestimmtem Abstand voneinander übereinander angeordnet sind, und eine Mantelfläche auf, welche die Grundfläche und die Deckfläche an umlaufenden Begrenzungsrändern dieser miteinander verbindet, so dass ein insbesondere zylinderähnlicher Matrizenkörper gebildet ist. Die Deckfläche weist dabei eine Kontur zur warmumformenden Übertragung auf ein im Presshärtewerkzeug zu formendes Pressteil auf.
Im Matrizenkörper ist ein Schneidloch vorgesehen, welches sich im Matrizenkörper durchgehend von der Deckfläche bis zur Grundfläche erstreckt und an einem Austritt zur Deckfläche eine Schneidkante definiert.
Im Matrizenkörper ist außerdem ein Kühlmittelkanal vorgesehen. Der Kühlmittelkanal weist einen Einlassabschnitt, einen Buchtabschnitt, welcher in der Form ähnlich einem offenen Ring oder einer offenen Schlaufe ausgebildet ist, und einen Auslassabschnitt auf. Der Einlassabschnitt erstreckt sich im Matrizenkörper zwischen der Mantelfläche und dem Schneidloch ausgehend von der bzw. eintretend in die Grundfläche in Richtung zur Deckfläche hin. Der Buchtabschnitt erstreckt sich deckflächenseitig an den Einlassabschnitt anschließend mit vorbestimmtem Abstand von der Deckfläche und dem Schneidloch im Matrizenkörper um das Schneidloch herum. Der Auslassabschnitt erstreckt sich nach Umlauf des Buchtabschnitts um das Schneidloch an diesen anschließend im Matrizenkörper zwischen der Mantelfläche und dem Schneidloch neben dem Einlassabschnitt und mündet in die Grundfläche.
Die Schneidmatrize weist außerdem Befestigungsmittel auf, die eingerichtet sind, um die Schneidmatrize im Presshärtewerkzeug befestigen zu können.
Dadurch, dass der Kühlmittelkanal der Schneidmatrize in der Schneidmatrize vorgesehen ist und den Buchtabschnitt aufweist, welcher sich deckflächenseitig mit vorbestimmtem Abstand von der als Aktivelement mit dem erwärmten Pressteil in Kontakt kommenden Deckfläche und dem Schneidloch im Matrizenkörper um das Schneidloch herum erstreckt, kann bei Einsatz im Presshärtewerkzeug der durch die Schneidmatrize definierte Lochungsbereich sowohl für den Presshärtevorgang als auch für das Warmlochen optimal gekühlt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidmatrize ist der Abstand des Buchtabschnitts von der Deckfläche an die Kontur der Deckfläche angepasst. Bevorzugt erstreckt sich der Buchtabschnitt im Matrizenkörper mit gleichbleibendem Abstand von der Deckfläche und bevorzugt auch mit gleichbleibendem Abstand vom Schneidloch um dieses herum. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sowohl das Schneidloch als auch die Deckfläche gleichmäßig über die gesamte Schneidmatrize gekühlt werden, auch wenn die Deckfläche z.B. eine dreidimensionale Kontur aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidmatrize ist der Buchtabschnitt mit einem Einzelstrang, welcher einen Bogen von mindestens 180 Grad um das Schneidloch beschreibt, und zwei Paaren von Teilsträngen gebildet. Eines der beiden Paare von Teilsträngen verzweigt den Einzelstrang an einem Ende dessen und läuft an einer Verbindungsstelle zum Einlassabschnitt wieder zusammen. Das andere der beiden Paare von Teilsträngen verzweigt den Einzelstrang am anderen Ende dessen und läuft an einer Verbindungsstelle zum Auslassabschnitt wieder zusammen.
Durch die mit den beiden Paaren von Teilsträngen jeweils realisierten Verzweigungen wird im betreffenden Bereich die wirksame Kühlfläche des Kühlmittelkanals vergrößert. Vorteilhaft ist gemäß dieser Ausführungsform die vergrößerte Kühlfläche benachbart zu dem Bereich vorgesehen, in dem der Buchtabschnitt seine Öffnung (in welcher ein ungekühlter Bereich entsteht) aufweisend in den Einlassabschnitt und in den Auslassabschnitt übergeht. Mit der benachbart dazu vergrößerten Kühlfläche kann die durch die Öffnung des Buchtabschnitts in diesem Bereich erzeugte Kühlungsverminderung wieder ausgeglichen werden.
Gemäß der Erfindung weist ein Presshärtewerkzeug zum warmumformenden und härtenden Herstellen eines Pressteils ein Gesenk, eine Schneidmatrize gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination und Befestigungsmittel auf. Das Gesenk weist eine kühlbare Formfläche mit einer Kontur zur warmumformenden Übertragung auf das Pressteil auf. Die Schneidmatrize ist in eine Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks eingesetzt, so dass die Kontur der Deckfläche des Matrizenkörpers einen Teil der Kontur der Formfläche bildet. Die Befestigungsmittel sind im Gesenk vorgesehen und wirken mit den Befestigungsmitteln der Schneidmatrize zusammen, so dass die Schneidmatrize lösbar in der Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks befestigt ist. Im Gesenk sind ein Kühlmitttelzuführkanal, welcher mit dem Einlassabschnitt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize verbunden ist, so dass Kühlmittel in den Kühlmittelkanal einleitbar ist, und ein Kühlmitttelabführkanal ausbildet, welcher mit dem Auslassabschnitt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize verbunden ist, so dass durch den Buchtabschnitt geströmtes Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal ableitbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schneidmatrize mit dem Kühlmittelkanal kann der durch die Schneidmatrize definierte Lochungsbereich im Presshärtewerkzeug sowohl für den Presshärtevorgang als auch für das Warmlochen optimal gekühlt werden. Dadurch, dass die Schneidmatrize lösbar in der Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks befestigt ist, kann die Schneidmatrize bei Bedarf einfach und schnell ausgetauscht werden.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs ist die Schneidmatrize in die Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks so eingesetzt, dass die Grundfläche der Schneidmatrize auf einer Bodenfläche der Ausnehmung aufsitzt. Die Befestigungsmittel der Schneidmatrize umfassen zwei Gewindesacklöcher, welche sich jeweils ausgehend von der Grundfläche in Richtung zur Deckfläche hin im Matrizenkörper zwischen der Mantelfläche und dem Schneidloch erstrecken. Die Befestigungsmittel des Gesenks umfassen zwei jeweils zu einem der Gewindelöcher fluchtende Durchgangslöcher zur Bodenfläche im Gesenk und zwei Gewindeschrauben, welche durch die Durchgangslöcher hindurchgeführt in die Gewindelöcher der Schneidmatrize eingeschraubt sind. Auf diese Weise kann die Schneidmatrize schnell und einfach im Presshärtewerkzeug montiert und aus diesem demontiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs münden der Kühlmitttelzuführkanal und der Kühlmitttelabführkanal jeweils in die Bodenfläche der Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die kühlmittelmäßige Anbindung der Schneidmatrize an den Kühlkreislauf des Presshärtewerkzeugs einfach und schnell gleichzeitig mit der mechanischen Befestigung der Schneidmatrize erfolgen.
Bevorzugt ist im Gesenk für beim Schneiden mit der Schneidmatrize entstehenden Abfall ein Abführloch ausgebildet, welches in der Bodenfläche der Ausnehmung in der Formfläche des Gesenks so angeordnet ist, dass ein Eintritt des Abführlochs zu einem grundflächenseitigen Austritt des Schneidlochs der Schneidmatrize fluchtet. Damit wird auf einfache und schnelle Weise gleichzeitig mit der mechanischen Befestigung der Schneidmatrize die Schneidabfallabfuhr ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Schneidmatrize gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren wird die Schneidmatrize unter Verwendung eines 3D-Druckers hergestellt, wodurch die diversen dreidimensionalen inneren und äußeren Strukturen der Schneidmatrize bei minimalem Materialeinsatz in einfacher Weise herstellbar sind. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Schneidmatrize wird diese durch selektives Lasersintern (SLS) aus Metallpulver hergestellt.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden.
1a zeigt eine Schnittansicht eines Presshärtewerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1b zeigt eine andere Schnittansicht des Presshärtewerkzeugs von 1a.
2a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schneidmatrize zur Montage in dem Presshärtewerkzeug von 1a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2b zeigt eine Draufsicht der Schneidmatrize von 2a.
3a zeigt eine Vorderansicht der Gestalt eines Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 2a.
3b zeigt eine Seitenansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 2a.
3c zeigt eine Draufsicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 2a.
3d zeigt eine perspektivische Ansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 2a.
4a zeigt eine Draufsicht der Schneidmatrize von 2a mit diversen Schnittlinienverläufen.
4b zeigt eine Schnittansicht der Schneidmatrize von 2a gesehen entlang einer Schnittlinie A-A in 4a.
4c zeigt eine Schnittansicht der Schneidmatrize von 2a gesehen entlang einer Schnittlinie B-B in 4a.
4d zeigt eine Schnittansicht der Schneidmatrize von 2a gesehen entlang einer Schnittlinie C-C in 4a.
5a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schneidmatrize zur Montage in dem Presshärtewerkzeug von 1a gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
5b zeigt eine Draufsicht der Schneidmatrize von 5a.
6a zeigt eine Vorderansicht der Gestalt eines Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 5a.
6b zeigt eine Seitenansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 5a.
6c zeigt eine Draufsicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 5a.
6d zeigt eine perspektivische Ansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 5a.
7a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schneidmatrize zur Montage in dem Presshärtewerkzeug von 1a gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung.
7b zeigt eine Draufsicht der Schneidmatrize von 7a.
8a zeigt eine Vorderansicht der Gestalt eines Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 7a.
8b zeigt eine Seitenansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 7a.
8c zeigt eine Draufsicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 7a.
8d zeigt eine perspektivische Ansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 7a.
9a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schneidmatrize zur Montage in dem Presshärtewerkzeug von 1a gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
9b zeigt eine Draufsicht der Schneidmatrize von 9a.
10a zeigt eine Vorderansicht der Gestalt eines Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 9a.
10b zeigt eine Seitenansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 9a.
10c zeigt eine Draufsicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 9a.
10d zeigt eine perspektivische Ansicht der Gestalt des Kühlmittelkanals der Schneidmatrize von 9a.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 1a bis 4d ein gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildetes Presshärtewerkzeug 1 zum warmumformenden und härtenden Herstellen eines Pressteils (nicht gezeigt), wie insbesondere eines Fahrzeugkarosserieteils, sowie eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Schneidmatrize 10 zur Montage in dem Presshärtewerkzeug 1 beschrieben werden.
Das Presshärtewerkzeug 1 weist ein Gesenk 2 (in den 1a und 1b in weggebrochener Teilansicht gezeigt), die in das Gesenk 2 montierte Schneidmatrize 10 und Befestigungsmittel zum Befestigen der Schneidmatrize 10 im Gesenk 2 auf. Das Gesenk 2 kann als Obergesenk oder als Untergesenk ausgebildet sein und wirkt mit einem nicht dargestellten zweiten Gesenk (Untergesenk bzw. Obergesenk) des Presshärtewerkzeugs 1 zusammen.
Die Schneidmatrize 10 hat eine Grundfläche 11 und eine Deckfläche 12, welche mit vorbestimmtem Abstand voneinander übereinander angeordnet sind, und eine Mantelfläche 13, welche die Grundfläche 11 und die Deckfläche 12 an umlaufenden Begrenzungsrändern dieser miteinander verbindet, so dass ein zylinderähnlicher Matrizenkörper 14 gebildet ist. Am Übergang von der Grundfläche 11 zur Mantelfläche 13 kann wie im Beispiel eine Schlupffase mit z.B. Abmessungen 3 mm × 10° vorgesehen sein. Die Deckfläche 12 des Matrizenkörpers 14 weist eine hier z.B. dreidimensionale Kontur zur warmumformenden Übertragung auf das im Presshärtewerkzeug 1 zu formende Pressteil auf.
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Schneidmatrize 10 wird diese unter Verwendung eines 3D-Druckers hergestellt, um die diversen im Folgenden beschriebenen dreidimensionalen Strukturen der Schneidmatrize 10 herstellen zu können. Bevorzugt wird die Schneidmatrize 10 dabei durch selektives Lasersintern (SLS) aus Metallpulver hergestellt. Damit kann die Schneidmatrize 10 bei minimalem Materialeinsatz in einfacher Weise hergestellt werden.
Im Matrizenkörper 14 ist ein Schneidloch 15 (im Beispiel mit einem Durchmesser von 16 mm) ausgebildet, welches sich im Matrizenkörper 14 durchgehend von der Deckfläche 12 bis zur Grundfläche bzw. Sohle 11 erstreckt und an einem Austritt zur Deckfläche 12 eine Schneidkante 15.1 definiert. Das Schneidloch 15 wirkt im Betrieb des Presshärtewerkzeugs 1 mit einem Schneidstempel des nicht dargestellten zweiten Gesenks des Presshärtewerkzeugs 1 zusammen, um werkzeugfallend eine Lochung im Pressteil vorzusehen. Die Lochung kann dabei kreisrund (wie im Beispiel) aber auch langlochförmig oder in beliebiger gewünschter anderer Form realisiert werden.
Im Matrizenkörper 14 ist außerdem ein Kühlmittelkanal 20 ausgebildet, welcher in den 2a und 2b jeweils in Strichlinie und in den 3a bis 3d jeweils als aus dem Matrizenkörper 14 extrahierte Hüllgestalt dargestellt ist. Der zur aktiven Kühlung der Schneidmatrize 10 vorgesehene Kühlmittelkanal 20 weist einen Einlassabschnitt 21, einen Buchtabschnitt 23 und einen Auslassabschnitt 27 auf.
Der Einlassabschnitt 21 erstreckt sich im Matrizenkörper 14 zwischen der Mantelfläche 13 und dem Schneidloch 15 ausgehend von der bzw. eintretend in die Grundfläche 11 in Richtung zur Deckfläche 12 hin. Der Buchtabschnitt 23, welcher in der Form ähnlich einem offenen Ring oder einer offenen Schlaufe ausgebildet ist, erstreckt sich deckflächenseitig an den Einlassabschnitt 21 anschließend mit vorbestimmtem Abstand von der Deckfläche 12 und dem Schneidloch 15 im Matrizenkörper 14 um das Schneidloch 15 herum. Der Auslassabschnitt 27 erstreckt sich nach Umlauf des Buchtabschnitts 23 um das Schneidloch 15 an den Buchtabschnitt 23 anschließend im Matrizenkörper 14 zwischen der Mantelfläche 13 und dem Schneidloch 15 neben dem Einlassabschnitt 21 und mündet in die Grundfläche 11.
Gemäß der Erfindung ist der Abstand des Buchtabschnitts 23 des Kühlmittelkanals 20 von der Deckfläche 12 des Matrizenkörpers 14 an die Kontur der Deckfläche 12 angepasst. Bevorzugt erstreckt sich wie im Beispiel der Buchtabschnitt 23 im Matrizenkörper 14 dabei mit gleichbleibendem Abstand von der Deckfläche 12 und bevorzugt wie im Beispiel auch mit gleichbleibendem Abstand vom Schneidloch 15 um dieses herum. Dies gewährleistet eine optimale Kühlung der Schneidmatrize 10 (zur Aufrechterhaltung ihrer Härte und Festigkeit) und des zu formenden Pressteils (zum Erzielen der Aufhärtung).
Wie am besten aus den 3c und 3d ersichtlich, ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung der Buchtabschnitt 23 des Kühlmittelkanals 20 mit einem Einzelstrang 24, einem ersten Paar von Teilsträngen 25.1, 25.2 und einem zweiten Paar von Teilsträngen 26.1, 26.2 gebildet. Der Einzelstrang 24 beschreibt dabei einen Bogen von mindestens 180 Grad (hier etwa 180 Grad) um das Schneidloch 15. Das erste Paar von Teilsträngen 25.1, 25.2 verzweigt den Einzelstrang 24 an einem Ende dessen und läuft an einer Verbindungsstelle zum Einlassabschnitt 21 wieder zusammen. Das zweite Paar von Teilsträngen 26.1, 26.2 verzweigt den Einzelstrang 24 am anderen Ende dessen und läuft an einer Verbindungsstelle zum Auslassabschnitt 27 wieder zusammen.
Die o.g. Befestigungsmittel der Schneidmatrize 10 zum Befestigen dieser im Presshärtewerkzeug 1 umfassen zwei Gewindesacklöcher 16, 17, welche sich jeweils ausgehend von der Grundfläche 11 in Richtung zur Deckfläche 12 hin im Matrizenkörper 14 zwischen der Mantelfläche 13 und dem Schneidloch 15 erstrecken.
Das Gesenk 2 des Presshärtewerkzeugs 1 weist eine kühlbare Formfläche 3 mit einer hier dreidimensionalen Kontur zur warmumformenden Übertragung auf das Pressteil auf. In der Formfläche 3 des Gesenks 2 ist eine an die Form des Matrizenkörpers 14 angepasste Ausnehmung 4 ausgebildet, in welche die Schneidmatrize 10 eingesetzt ist, so dass die Kontur der Deckfläche 12 des Matrizenkörpers 14 einen Teil der Kontur der Formfläche 3 bildet. Die Schneidmatrize 10 ist dabei so in die Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 eingesetzt ist, dass die Grundfläche 11 des Matrizenkörpers 14 auf einer Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 aufsitzt, wie in den 1a und 1b gezeigt.
Im Gesenk 2 sind außerdem Befestigungsmittel vorgesehen, die mit den Befestigungsmitteln der Schneidmatrize 10 zusammenwirken, so dass die Schneidmatrize 10 lösbar in der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 befestigt ist. Genauer umfassen die Befestigungsmittel des Gesenks 2 zwei jeweils zu einem der im Matrizenkörper 14 vorgesehenen Gewindelöcher 16, 17 fluchtende Durchgangslöcher 5 (in den 1a und 1b ist nur eines der Durchgangslöcher 5 gezeigt) zur Bodenfläche 4.1 im Gesenk 2 und zwei Gewindeschrauben (nicht dargestellt), welche durch die Durchgangslöcher 5 hindurchgeführt in die Gewindelöcher 16, 17 der Schneidmatrize 10 eingeschraubt sind.
Im Gesenk 2 des Presshärtewerkzeugs 1 sind außerdem zwei Kühlmittelkanäle 6 (in den 1a und 1b ist nur einer der Kühlmittelkanäle 6 gezeigt) ausgebildet, die jeweils in die Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 münden und die einen Kühlmitttelzuführkanal und einen Kühlmitttelabführkanal definieren. Der Kühlmitttelzuführkanal der Kühlmittelkanäle 6 ist mit dem Einlassabschnitt 21 des Kühlmittelkanals 20 der Schneidmatrize 10 verbunden, so dass Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 20 einleitbar ist. Der Kühlmitttelabführkanal der Kühlmittelkanäle 6 ist mit dem Auslassabschnitt 27 des Kühlmittelkanals 20 der Schneidmatrize 10 verbunden ist, so dass durch den Buchtabschnitt 23 des Kühlmittelkanals 20 geströmtes Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal 20 ableitbar ist.
Wie aus den 1a und 1b ersichtlich, ist zur Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen dem jeweiligen Kühlmittelkanal 6 im Gesenk 2 und dem Einlassabschnitt 21 bzw. dem Auslassabschnitt 27 des Kühlmittelkanals 20 der Schneidmatrize 10 eine O-Ringdichtung 7 in eine Ringnut 4.2 eingelegt, die in der Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 um eine Öffnung des Kühlmittelkanals 6 herum ausgebildet ist. Die O-Ringdichtung liegt an der Grundfläche 11 des Matrizenkörpers 14 an und umschließt dabei eine Öffnung des Einlassabschnitts 21 bzw. des Auslassabschnitts 27 des Kühlmittelkanals 20 der Schneidmatrize 10.
Um beim Schneiden (Stanzen) mit der Schneidmatrize 10 entstehenden Abfall (nicht gezeigt) abführen zu können, ist im Gesenk 2 außerdem ein Abführloch 8 ausgebildet, welches in der Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 so angeordnet ist, dass ein Eintritt des Abführlochs 8 zu einem grundflächenseitigen Austritt des Schneidlochs 15 der Schneidmatrize 10 fluchtet, wie in 1b gezeigt.
In den 5a bis 6d ist eine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Schneidmatrize 10a zur Montage in dem in den 1a und 1b gezeigten Presshärtewerkzeug 1 gezeigt. Die Schneidmatrize 10a gemäß den 5a bis 6d ist dabei so ausgebildet, dass diese problemlos als Ersatz für die erstbeschriebene Schneidmatrize 10 in die Ausnehmung 4 in der Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 einsetzbar und darin an die Kühlmittelkanäle 6 angeschlossen befestigbar ist.
Genauer ist die Schneidmatrize 10a gemäß den 5a bis 6d bis auf geringfügige Modifikationen im matrizenkörperinternen Verlauf ihres Kühlmittelkanals 20a identisch zu der erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 ausgebildet. Daher sind in den 5a bis 6d zur erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 identisch ausgebildete Komponenten mit dazu identischen Bezugszeichen und modifizierte Komponenten mit dazu gleichen Bezugszeichen mit nachgestelltem Buchstaben "a" bezeichnet und kann eine detaillierte Beschreibung der Schneidmatrize 10a gemäß den 5a bis 6d entfallen.
In den 7a bis 8d ist eine gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Schneidmatrize 10b zur Montage in dem in den 1a und 1b gezeigten Presshärtewerkzeug 1 gezeigt. Die Schneidmatrize 10b gemäß den 7a bis 8d ist dabei so ausgebildet, dass diese problemlos als Ersatz für die erstbeschriebene Schneidmatrize 10 in die Ausnehmung 4 in der Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 einsetzbar und darin an die Kühlmittelkanäle 6 angeschlossen befestigbar ist.
Genauer ist auch die Schneidmatrize 10b gemäß den 7a bis 8d bis auf geringfügige Modifikationen im matrizenkörperinternen Verlauf ihres Kühlmittelkanals 20b identisch zu der erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 ausgebildet. Daher sind in den 7a bis 8d zur erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 identisch ausgebildete Komponenten mit dazu identischen Bezugszeichen und modifizierte Komponenten mit dazu gleichen Bezugszeichen mit nachgestelltem Buchstaben "b" bezeichnet und kann auch eine detaillierte Beschreibung der Schneidmatrize 10b gemäß den 7a bis 8d entfallen.
In den 9a bis 10d ist eine gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Schneidmatrize 10c zur Montage in dem in den 1a und 1b gezeigten Presshärtewerkzeug 1 gezeigt. Die Schneidmatrize 10c gemäß den 9a bis 10d ist dabei so ausgebildet, dass diese problemlos als Ersatz für die erstbeschriebene Schneidmatrize 10 in die Ausnehmung 4 in der Bodenfläche 4.1 der Ausnehmung 4 in der Formfläche 3 des Gesenks 2 einsetzbar und darin an die Kühlmittelkanäle 6 angeschlossen befestigbar ist.
Genauer ist auch die Schneidmatrize 10c gemäß den 9a bis 10d bis auf geringfügige Modifikationen in der matrizenkörperinternen Gestaltung ihres Kühlmittelkanals 20c identisch zu der erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 ausgebildet. Daher sind in den 9a bis 10d zur erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 identisch ausgebildete Komponenten mit dazu identischen Bezugszeichen und modifizierte Komponenten mit dazu gleichen Bezugszeichen mit nachgestelltem Buchstaben "c" bezeichnet und wird im Folgenden nur auf die Modifikationen in der matrizenkörperinternen Gestaltung des Kühlmittelkanals 20c der Schneidmatrize 10c Bezug genommen.
Im Unterschied zu der erstbeschriebenen Schneidmatrize 10 ist bei der Schneidmatrize 10c gemäß den 9a bis 10d der Buchtabschnitt 23c des Kühlmittelkanals 20c lediglich mit einem Einzelstrang gebildet und weist keine Verzweigung mittels Teilsträngen auf. Der Buchtabschnitt 23c des Kühlmittelkanals 20c beschreibt dabei einen Bogen von mehr als 180 Grad (hier etwa 290 Grad) um das Schneidloch 15 und ist an seinen beiden Enden wieder mit dem Einlassabschnitt 21c und dem Auslassabschnitt 27c verbunden.
Im Fazit bleibt noch zu erwähnen, dass die oben beschriebenen Schneidmatrizen 10, 10a, 10b, 10c gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung jeweils eine Form aufweisen, welche im Presshärtewerkzeugbau für Schneidmatrizen als entsprechend der im jeweiligen Pressteil zu erstellenden Lochung in ihren Abmaßen zu skalierende Standardform nutzbar ist. Durch die standardisierte Form der Schneidmatrizen können diese z.B. im Schadensfall problemlos ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

1: Presshärtewerkzeug
2: Gesenk
3: Formfläche
4: Ausnehmung
4.1: Bodenfläche
4.2: Ringnut
5: Durchgangsloch
6: Kühlmittelkanal
7: O-Ringdichtung
8: Abführloch
10; 10a: Schneidmatrize
10b; 10c: Schneidmatrize
11: Grundfläche
12: Deckfläche
13: Mantelfläche
14: Matrizenkörper
15: Schneidloch
15.1: Schneidkante
16, 17: Gewindesackloch
20; 20a: Kühlmittelkanal
20b; 20c: Kühlmittelkanal
21; 21c: Einlassabschnitt
23; 23c: Buchtabschnitt
24: Einzelstrang
25.1, 25.2: Teilstränge
26.1, 26.2: Teilstränge
27; 27c: Auslassabschnitt

Claims

Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) zur Montage in einem Presshärtewerkzeug (1), mit: einer Grundfläche (11) und einer Deckfläche (12), welche mit vorbestimmtem Abstand voneinander übereinander angeordnet sind, und einer Mantelfläche (13), welche die Grundfläche (11) und die Deckfläche (12) an umlaufenden Begrenzungsrändern dieser miteinander verbindet, so dass ein Matrizenkörper (14) gebildet ist, wobei die Deckfläche (12) eine Kontur zur warmumformenden Übertragung auf ein im Presshärtewerkzeug (1) zu formendes Pressteil aufweist, einem Schneidloch (15), welches sich im Matrizenkörper (14) durchgehend von der Deckfläche (12) bis zur Grundfläche (11) erstreckt und an einem Austritt zur Deckfläche (12) eine Schneidkante (15.1) definiert, einem Kühlmittelkanal (20; 20a; 20b; 20c) mit einem Einlassabschnitt (21; 21c), welcher sich im Matrizenkörper (14) zwischen der Mantelfläche (13) und dem Schneidloch (15) eintretend in die Grundfläche (11) in Richtung zur Deckfläche (12) hin erstreckt, einem Buchtabschnitt (23; 23c), welcher sich deckflächenseitig an den Einlassabschnitt (21; 21c) anschließend mit vorbestimmtem Abstand von der Deckfläche (12) und dem Schneidloch (15) im Matrizenkörper (14) um das Schneidloch (15) herum erstreckt, und einem Auslassabschnitt (27; 27c), welcher sich nach Umlauf des Buchtabschnitts (23; 23c) um das Schneidloch (15) an diesen anschließend im Matrizenkörper (14) zwischen der Mantelfläche (13) und dem Schneidloch (15) neben dem Einlassabschnitt (21; 21c) erstreckt und in die Grundfläche (11) mündet, und Befestigungsmitteln (16, 17) zum Befestigen der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) im Presshärtewerkzeug (1).
Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand des Buchtabschnitts (23; 23c) von der Deckfläche (12) an die Kontur der Deckfläche (12) angepasst ist.
Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Buchtabschnitt (23; 23c) im Matrizenkörper (14) mit gleichbleibendem Abstand von der Deckfläche (12) erstreckt.
Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Buchtabschnitt (23; 23c) gebildet ist mit einem Einzelstrang (24), welcher einen Bogen von mindestens 180 Grad um das Schneidloch (15) beschreibt, und zwei Paaren von Teilsträngen (25.1, 25.2, 26.1, 26.2), wobei eines der beiden Paare von Teilsträngen (25.1, 25.2) den Einzelstrang (24) an einem Ende dessen verzweigt und an einer Verbindungsstelle zum Einlassabschnitt (21; 21c) wieder zusammenläuft, und wobei das andere der beiden Paare von Teilsträngen (26.1, 26.2) den Einzelstrang (24) am anderen Ende dessen verzweigt und an einer Verbindungsstelle zum Auslassabschnitt (27; 27c) wieder zusammenläuft.
Presshärtewerkzeug (1) zum warmumformenden und härtenden Herstellen eines Pressteils, aufweisend: ein Gesenk (2), welches eine kühlbare Formfläche (3) mit einer Kontur zur warmumformenden Übertragung auf das Pressteil aufweist, eine Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welche in eine Ausnehmung (4) in der Formfläche (3) des Gesenks (2) eingesetzt ist, so dass die Kontur der Deckfläche (12) des Matrizenkörpers (14) einen Teil der Kontur der Formfläche (3) bildet, Befestigungsmitteln (5), die im Gesenk (2) vorgesehen mit den Befestigungsmitteln (16, 17) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) zusammenwirken, so dass die Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) lösbar in der Ausnehmung (4) in der Formfläche (3) des Gesenks (2) befestigt ist, wobei in dem Gesenk (2) ein Kühlmittelzuführkanal (6), welcher mit dem Einlassabschnitt (21; 21c) des Kühlmittelkanals (20; 20a; 20b; 20c) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) verbunden ist, so dass Kühlmittel in den Kühlmittelkanal (20; 20a; 20b; 20c) einleitbar ist, und ein Kühlmittelabführkanal (6) ausbildet sind, welcher mit dem Auslassabschnitt (27; 27c) des Kühlmittelkanals (20; 20a; 20b; 20c) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) verbunden ist, so dass durch den Buchtabschnitt (23; 23c) geströmtes Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal (20; 20a; 20b; 20c) ableitbar ist.
Presshärtewerkzeug (1) gemäß Anspruch 5, wobei die Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) in die Ausnehmung (4) in der Formfläche (3) des Gesenks (2) so eingesetzt ist, dass die Grundfläche (11) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) auf einer Bodenfläche (4.1) der Ausnehmung (4) aufsitzt, wobei die Befestigungsmittel der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) zwei Gewindesacklöcher (16, 17) umfassen, welche sich jeweils ausgehend von der Grundfläche (11) in Richtung zur Deckfläche (12) hin im Matrizenkörper (14) zwischen der Mantelfläche (13) und dem Schneidloch (15) erstrecken, und wobei die Befestigungsmittel des Gesenks (2) zwei jeweils zu einem der Gewindelöcher (16, 17) fluchtende Durchgangslöcher (5) zur Bodenfläche (4.1) im Gesenk (2) und zwei Gewindeschrauben umfassen, welche durch die Durchgangslöcher (5) hindurchgeführt in die Gewindelöcher (16, 17) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) eingeschraubt sind.
Presshärtewerkzeug (1) gemäß Anspruch 6, wobei der Kühlmittelzuführkanal (6) und der Kühlmittelabführkanal (6) jeweils in die Bodenfläche (4.1) der Ausnehmung (4) in der Formfläche (3) des Gesenks (2) münden.
Presshärtewerkzeug (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei im Gesenk (2) für beim Schneiden mit der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) entstehenden Abfall ein Abführloch (8) ausgebildet ist, welches in der Bodenfläche (4.1) der Ausnehmung (4) in der Formfläche (3) des Gesenks (2) so angeordnet ist, dass ein Eintritt des Abführlochs (8) zu einem grundflächenseitigen Austritt des Schneidlochs (15) der Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) fluchtet.
Verfahren zum Herstellen einer Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) unter Verwendung eines 3D-Druckers hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Schneidmatrize (10; 10a; 10b; 10c) durch selektives Lasersintern aus Metallpulver hergestellt wird.