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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs für ein Pressteil wie insbesondere ein Blechumformteil.
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Presswerkzeuge werden z.B. unter Nutzung von aus metallischem Gussmaterial geformten Grundkörpern hergestellt. Dabei wird der Grundkörper eines jeweiligen Presswerkzeugs mit einer Topografie versehen, welche erforderlich ist, um die Geometrie eines mit dem Presswerkzeug zu erzeugenden Pressteils mit dem Presswerkzeug abbilden bzw. erzeugen zu können. Werden nun im Verlauf des Prozesses der Werkzeugherstellung Änderungen an der gewünschten Geometrie des Pressteils durchgeführt, so können diese Änderungen derzeit nur durch Aufschweißen oder die Herstellung eines neuen Grundkörpers in dem Presswerkzeug berücksichtigt werden. Die Bereitstellungszeit für einen neuen Grundkörper ist üblicherweise relativ lang und kann z.B. etwa 10 Wochen betragen. Änderungen durch Aufschweißen können Qualitätsprobleme wie Einbrände, Schweißgutablösungen und unerwünschte Markierungen im Pressteil mit sich bringen. Insgesamt reduziert dies die Effizienz der Werkzeugherstellung.
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Aus
DE 101 31 657 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Freiform-Werkzeugs bekannt, wobei eine weiche Metall-Werkzeugbasis bearbeitet wird, um mindestens eine Freiform-Oberfläche entsprechend einem Computermodell zu konturieren, und die konturierte Oberfläche einem dynamischen Kaltgasspritzen als einem Metallpulverauftragsverfahren unterzogen wird, um überlagerte stoßgeschweißte Metallpartikelschichten zu bilden. Die Metallpartikelschichten bestehen dabei aus mindestens einer thermischen Managementunterschicht im Wesentlichen aus Kupfer und mindestens einer äußeren abriebresistenten Schicht im Wesentlichen aus Werkzeugstahl.
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Aus
DE 10 2013 006 359 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs bekannt, wobei ein z.B. mit Baustahl geformter Grundkörper bereitgestellt wird und an dem Grundkörper durch Auftragen eines im Vergleich zu dem Baustahl härteren und/oder verschleißfesteren Materials mittels eines Metallpulverauftragsverfahrens ein Funktionsbereich, welcher bei der Bearbeitung eines Blechs zumindest bereichsweise unmittelbar mit diesem in Eingriff kommt, ausgebildet wird. Als Metallpulverauftragsverfahren kann ein Auftragsschweißverfahren wie MAG-Schweißen, Laserauftragsschweißen, Diffusionsauftragssprühen oder Plasma-Pulver-Auftragsschweißen eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs für ein Pressteil bereitzustellen, so dass im Verlauf des Herstellungsprozesses des Presswerkzeugs auftretende Änderungen an der Geometrie des Pressteils die Effizienz der Werkzeugherstellung nicht negativ beeinflussen.
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Dies wird mit einem wie in Anspruch 1 definierten Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf: Bestimmen einer geplanten Geometrie eines mit dem Presswerkzeug zu erzeugenden Pressteils; Definieren einer Basistopografie zum Erzeugen des Pressteils auf Grundlage der geplanten Geometrie des Pressteils; Bereitstellen eines Grundkörpers des Presswerkzeugs, so dass der Grundkörper die Basistopografie zum Erzeugen des Pressteils aufweist; Bestimmen einer endgültigen Geometrie des Pressteils; Definieren einer zum Erzeugen des Pressteils erforderlichen Endtopografie auf der Grundlage der endgültigen Geometrie des Pressteils; und Auftragen von Metallmaterial auf die Basistopografie des Grundkörpers mittels eines Metallpulverauftragsverfahrens, so dass die Endtopografie am Grundkörper erzeugt wird.
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In Sinne der Erfindung kann dabei die Endtopografie eine Topografie sein, welche einem nachgelagerten Bearbeitungsprozess wie z.B. einem Fräsprozess zu unterziehen ist, um für das Presswerkzeug eine Fertigtopografie zum Erzeugen des Pressteils zu erhalten. Alternativ kann im Sinne der Erfindung die Endtopografie aber auch eine Topografie sein, welche schon die Fertigtopografie zum Erzeugen des Pressteils repräsentiert.
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Dadurch, dass der Grundkörper lediglich mit einer Basistopografie zum Erzeugen des Pressteils versehen wird und die zum Erzeugen des Pressteils erforderliche Endtopografie erst mittels eines Metallpulverauftragsverfahrens und auf der Grundlage der endgültigen Geometrie des Pressteils am Grundkörper erzeugt wird, können zwischenzeitliche Änderungen an der gewünschten Geometrie des Pressteils in Zeit und Aufwand sparender Weise am Presswerkzeug berücksichtigt werden. Somit wird die Effizienz der Werkzeugherstellung durch die Änderungen nicht negativ beeinflusst.
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Bevorzugt wird das Metallmaterial zum Erzeugen der Endtopografie auf die gesamte Basistopografie aufgetragen. Somit können Änderungen an der gewünschten Geometrie des Pressteils an jeder beliebigen Stelle der Basistopografie berücksichtigt werden und können vorteilhaft störende Nahtstellen in der Endtopografie vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Endtopografie mit der Basistopografie verglichen und auf dieser Grundlage eine Differenztopografie bestimmt, wobei ein Schichtdickenverlauf des Metallmaterials aus der Differenztopografie bestimmt wird. Bevorzugt wird die Basistopografie an dem Grundkörper dabei so vorgesehen, dass zum Erzeugen der Endtopografie das Metallmaterial mit einer Schichtdicke von maximal 5 mm aufgetragen wird bzw. aufzutragen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Metallpulverauftragsverfahren ein thermisches Spritzverfahren eingesetzt. Bevorzugt wird als Metallpulverauftragsverfahren Kaltgasspritzen eingesetzt, wobei Metallpulverpartikel mit Hilfe eines Trägergases auf eine sehr hohe Geschwindigkeit, insbesondere Überschallgeschwindigkeit, beschleunigt und durch eine Düse auf eine zu beschichtende Fläche bzw. Topografie aufgebracht werden, wie z.B. in
DE 101 31 657 A1 beschrieben. Durch das Aufschlagen der einzelnen Metallpulverpartikel auf der zu beschichtenden Fläche bzw. Topografie wird eine Verkrallung durch Deformation und Kraterbildung und damit eine Schicht aus miteinander verbundenen Metallpulverpartikeln erzielt. Kaltgasspritzen eignet sich besonders als das Metallpulverauftragsverfahren, da bei geringer thermischer Belastung hohe Schichtaufbauraten von z.B. mehr als 200 Kubikzentimeter pro Stunde erzielbar sind.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird als Metallpulverauftragsverfahren ein Auftragsschweißverfahren wie insbesondere Laserauftragsschweißen eingesetzt. Beim Laserauftragsschweißen erhitzt ein Laser eine zu beschichtende Fläche bzw. Topografie und schmilzt diese lokal auf. Gleichzeitig wird ein inertes Gas gemischt mit feinen Metallpulverpartikeln zugeführt, wie z.B. in
DE 10 2013 006 359 A1 beschrieben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden eine Mehrzahl identisch geformter Grundkörper mit der Basistopografie zum Erzeugen des Pressteils insbesondere als Gussrohlinge vorgehalten. Das Bereitstellen des bevorzugt als Gussrohling ausgebildeten Grundkörpers erfolgt dann aus der Mehrzahl von vorgehaltenen identisch geformten Grundkörpern.
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Mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Herstellungszeit für ein Presswerkzeug noch weiter reduziert werden, da die Bereitstellungszeit für den Grundkörper entfällt. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn eine Art des mit dem Presswerkzeug zu erzeugenden Pressteils bestimmt wird und die Basistopografie zusätzlich auf Grundlage der bestimmten Art des Pressteils definiert wird. Die Art des mit dem Presswerkzeug zu erzeugenden Pressteils kann z.B. ein Außenhautteil für eine Fronthaube, eine Seitentür oder einen Kotflügel einer Karosserie eines bestimmten Kraftfahrzeugtyps sein. Da innerhalb der jeweiligen Art (z.B. Fronthaube) z.B. durch Modelpflege bedingte Änderungen sich in der Geometrie des Pressteils oft nur geringfügig z.B. in der Hinzufügung von Designkanten oder Ähnlichem ausdrücken, können die vorgehaltenen identisch geformten Grundkörper der jeweiligen Art auch für Presswerkzeuge nach der Modelpflege verwendet werden.
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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.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben werden.
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1 zeigt eine seitliche Ansicht eines Grundkörpers, welcher einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs unterzogen wird.
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Gemäß den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird das Verfahren zum Herstellen eines Presswerkzeugs für ein Pressteil (nicht dargestellt), insbesondere ein Blechumformteil, einer Kraftfahrzeugkarosserie angewendet. Als Pressteil kommt dabei z.B. ein Außenhautteil für eine Fronthaube, eine Seitentür oder einen Kotflügel des Kraftfahrzeugs in Betracht. Das Pressteil soll dabei beispielsweise aus einer Blechplatine erzeugt werden, welche mittels eines Tiefziehprozesses in dem Presswerkzeug zu dem Pressteil bzw. Blechumformteil umgeformt wird.
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Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Presswerkzeugs (im Folgenden Herstellungsverfahren) wird zunächst eine geplante Geometrie des mit dem Presswerkzeug zu erzeugenden Pressteils bestimmt. Dies kann beispielsweise aus vorhandenen Zeichnungsdaten wie z.B. CAD-Daten erfolgen. Auf Grundlage der geplanten Geometrie des Pressteils wird eine Basistopografie 11 zum Erzeugen des Pressteils definiert.
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Nun können eine Mehrzahl von Grundkörpern 10 in identischer Weise jeweils so geformt werden, dass sie die Basistopografie 11 zum Erzeugen des Pressteils aufweisen. Diese mehreren Grundkörper 10 können in einem Lager (nicht dargestellt) vorgehalten werden. Jeder Grundkörper 10 kann dabei z.B. als ein Gussrohling aus Metall ausgebildet sein. Aus der Mehrzahl von vorgehaltenen identisch geformten Grundkörpern 10 wird ein Grundkörper 10 für das herzustellende Presswerkzeug bereitgestellt.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren wird außerdem eine endgültige Geometrie des Pressteils bestimmt. Das Bestimmen der endgültigen Geometrie des Pressteils kann zeitlich nach dem Definieren der Basistopografie 11 und dem Formen der Grundkörper 10 mit der Basistopografie 11 erfolgen. Die endgültige Geometrie des Pressteils kann identisch mit der geplanten Geometrie des Pressteils sein oder sich von dieser unterscheiden. Insbesondere können während der Herstellung der Grundkörper 10 mit der Basistopografie 11 Änderungen in die Geometrie des Pressteils eingeflossen sein, so dass sich die endgültige Geometrie des Pressteils von der geplanten Geometrie des Pressteils z.B. durch eine hinzugefügte Designkante unterscheidet.
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Auf der Grundlage der endgültigen Geometrie des Pressteils wird nun eine zum Erzeugen des Pressteils erforderliche Endtopografie 12 definiert. Wenn sich die endgültige Geometrie des Pressteils von der geplanten Geometrie des Pressteils unterscheidet, so bildet die Endtopografie 12 diese Unterschiede ab. Beispielsweise kann die Endtopografie 12 eine Erhebung 12.1 zum Formen einer in der endgültigen Geometrie des Pressteils hinzugefügten Designkante aufweisen.
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In Sinne der Erfindung kann dabei die Endtopografie 12 eine Topografie sein, welche einem nachgelagerten Bearbeitungsprozess wie z.B. einem Fräsprozess zu unterziehen ist, um für das Presswerkzeug eine Fertigtopografie zum Erzeugen des Pressteils zu erhalten. Alternativ kann im Sinne der Erfindung die Endtopografie 12 aber auch eine Topografie sein, welche schon die Fertigtopografie zum Erzeugen des Pressteils repräsentiert.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren wird mittels eines Metallpulverauftragsverfahrens Metallmaterial M auf die Basistopografie 11 des Grundkörpers 10 aufgetragen, so dass die Endtopografie 12 erzeugt wird. Insbesondere wird das Metallmaterial M zum Erzeugen der Endtopografie 12 auf die gesamte Basistopografie 11 des Grundkörpers 10 aufgetragen. Als Materialien für den Grundkörper 10 und das aufzutragende Metallmaterial M können gleiche oder unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Z.B. kann der Grundkörper 10 aus Stahlguss hergestellt sein und kann das aufzutragende Metallmaterial M aus einem härteren und verschleißfesteren Metall wie hochlegiertem Werkzeugstahl hergestellt sein.
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Im Detail wird zum Ausführen des Metallpulverauftragsverfahrens eine Auftragseinheit 1 eingesetzt, welche eine Auftragsdüse 2 zum auf die Basistopografie 11 des Grundkörpers 10 Ausgeben von Metallpulver MP zum Erzeugen der Schicht aus Metallmaterial M aufweist. Die Auftragseinheit 1 ist an einer Manipulationseinrichtung (nicht dargestellt) angebracht, welche die Auftragseinheit 1 über die gesamte Basistopografie 11 des Grundkörpers 10 führt. Die Manipulationseinrichtung umfasst eine Steuereinheit, in welcher die Basistopografie 11 und die Endtopografie 12 jeweils in Form von Daten gespeichert sind.
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In der Steuereinheit wird die Endtopografie 12 mit der Basistopografie 11 verglichen und wird auf Grundlage dieses Vergleichs eine Differenztopografie bestimmt. Aus der Differenztopografie wird dann in der Steuereinheit ein Schichtdickenverlauf des aufgetragenen Metallmaterials M bestimmt. Die Basistopografie 11 ist dabei an dem Grundkörper 10 bevorzugt so vorgesehen, dass zum Erzeugen der Endtopografie 12 das von dem Metallpulver MP gebildete Metallmaterial M mit einer Schichtdicke von maximal 5 mm aufgetragen werden muss. Die Manipulationseinrichtung führt dann die Auftragseinheit 1 so über die gesamte Basistopografie 11 des Grundkörpers 10, dass das Metallmaterial M mit dem bestimmten Schichtdickenverlauf auf die Basistopografie 11 aufgetragen wird und dadurch die Endtopografie 12 erzeugt wird.
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Der mit dem Metallmaterial M beschichtete Grundkörper 10, welcher nun die Endtopografie 12 aufweist, bildet nun einen Unterteil (wie in 1 z.B. eine Matrize) des Presswerkzeugs. Zur Herstellung eines nicht dargestellten Oberteils (wie einem Stempel) des Presswerkzeugs wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren analog angewendet.
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Gemäß der Erfindung kann als das Metallpulverauftragsverfahren ein thermisches Spritzverfahren eingesetzt werden. Bevorzugt wird als Metallpulverauftragsverfahren das eingangserwähnte Kaltgasspritzen eingesetzt. Alternativ kann gemäß der Erfindung als das Metallpulverauftragsverfahren ein Auftragsschweißverfahren wie insbesondere das eingangserwähnte Laserauftragsschweißen eingesetzt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren können die mit der Basistopografie 11 versehenen Grundkörper 10 zu einem späteren Zeitpunkt durch das Auftragen von Metallpulver MP, welches eine Schicht aus Metallmaterial M bildet, mit der die endgültige Geometrie des Pressteils wiedergebenden Endtopografie 12 versehen werden. Damit können in Zeit und Aufwand reduzierender Weise am Presswerkzeug Änderungen berücksichtigt werden, welche bei der ursprünglichen Planung bzw. Konstruktion des Pressteils noch nicht bekannt waren. Das Auftragen des Metallpulvers MP ist dabei so möglich, dass die Schicht aus Metallmaterial M keine störenden Nahtstellen aufweist. Gemäß der Erfindung sind zu einem späteren Zeitpunkt bzw. im weiteren Prozess auch eine Änderung der Geometrie des Pressteils und damit der Topografie des Presswerkzeugs sowie eine Reparatur der Topografie des Presswerkzeugs durch erneutes Auftragen von Metallpulver MP realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auftragseinheit
- 2
- Auftragsdüse
- 10
- Grundkörper
- 11
- Basistopografie
- 12
- Endtopografie
- 12.1
- Erhebung
- M
- Metallmaterial
- MP
- Metallpulver
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10131657 A1 [0003, 0012]
- DE 102013006359 A1 [0004, 0013]
