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Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Umformwerkzeug aus, mit dem aus Magnesium und aus hartfesten Aluminium bestehende Blechteile sowie geschmiedete Blechteile warmumformend zu bearbeiten sind.
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Allgemeinwissen ist, dass sich insbesondere aus metallischen Werkstoffen bestehende Gegenstände, Produkte und Werkzeuge bei Erwärmung und bei weiteren Temperaturerhöhungen nach allen Seiten ausdehnen und bei nachfolgenden Temperaturrückgängen durch Erkalten oder Abkühlen (wieder) schrumpfen. Wenn ein dünner Blechstreifen allein erwärmt wird, erfährt dieser eine Längenausdehnung. Bei Erwärmung eines kompletten, aus mehreren unterschiedlichen Werkzeugkomponenten bestehenden, Umformwerkzeuges mit eingelegten Blechstreifen, mit zu bearbeitenden Platinen oder mit warmumformend zu bearbeitenden geschmiedeten Blechteilen entsteht als Summe aller Längen- und Raumausdehnungen am und im Umformwerkzeug, welches die Aufgabe einer Temperierung der zu bearbeitenden Blechteile hat, eine unkoordinierte Gesamt-Raumausdehnung. Bei der Bearbeitung der, von Coils abgerollten Blechstreifen, aus Magnesium und aus hochfestem Aluminium bestehenden Blechteile bei einer Arbeitstemperatur, zwischen 120° und 380°C liegend, ergeben sich große und unterschiedliche Längen- und Raumausdehnungen, die insbesondere bei Mehrstufenwerkzeugen zu Qualitätsmängeln führen können.
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Stand der Technik ist, diese Längen- und Raumausdehnungen, die während der warmumformenden Blechteilefertigung wirksam sind, mittels spezifischer Werkzeugkomponenten an und in dem Umformwerkzeugen und mittels bestimmter Arbeitsmittelanordnungen an maschinellen Schneidpressen zu kompensieren und zu kanalisieren. Beispielhaft sollen dafür nachstehend einige in Erfindungsbeschreibungen dokumentierte Ausbildungen der derartiger Komponenten benannt sein:
Gegenstand in
ist eine Einrichtung zur Herstellung von Platinen aus Aluminium-Blechstreifen. Mittels einer maschinellen Greif- und Zugvorrichtung wird der Blechstreifen an seiner vorderen Randlage gegriffen. Durch ständiges Anziehen des Blechstreifens werden die temperaturbedingten Längsausdehnungen ausgeglichen und die ungewollte Durchbiegungen vermieden. hat eine Nutenstanzmaschine für die Bearbeitung von Platinen zum Inhalt, wobei die temperaturbedingte Längsausdehnung durch eine maschinelle Abstandsveränderung der Arbeitsmittel zueinander über eine Gewindespindel einstell- und blockierbar ist. beinhaltet eine rechnerische Ermittlung von Sollmaß-Vorgaben als Korrekturfaktoren für Positionierstellungen der Werkzeugkomponenten, um die wärmebedingten Längsausdehnungen von durch Scherschneiden zu bearbeitender Blechstreifen zu kompensieren. Grundlage dafür sind virtuelle Achs- und Punktstellungen im jeweiligen Schneidwerkzeug.
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Durch konstruktiv und rechnerisch bestimmte Sollmaß-Vorgaben für eine Mittenfuge zwischen zwei Pressteile-Hälften sind in
eine kontaktierende Fugenschließung, eine Sickenbildung oder eine Abdeckung der Mittenfuge als alternative Lösungen vorgeschlagen, um die gegeneinander gerichteten Wärmeausdehnungen objektbezogen zu kompensieren.
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Mittels einer, durch eine einhausende Form angepassten Positionierstellung von wärmeausgedehnten Form- und Schneidwerkzeugen in der Mittenlage von Werkzeugstufen, an einer körperlichen oder virtuellen Mittenachse angeordnet, werden die wärmebedingten Längsausdehnungen bei den in
beschriebenen Stanz- und Umformwerkzeugen richtungsorientierend entlang der vertikalen Stempel- und Oberwerkzeug-Bewegung kanalisiert.
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Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die Wärmeausdehnungen
- – an den als Blechstreifen und als Platinen ausgebildeten Blechteilen nur als Längenausdehnungen kompensiert werden und an den Werkzeugkomponenten mittels maschinell angepasster Positionierstellungen auf der Grundlage von rechnerisch oder konstruktiv bestimmten Sollmaß-Vorgaben und nicht mittels variabel selbsttätig einstellbarer Istmaßpositionen ausgleichbar sind,
- – an den Werkzeugkomponenten nur die unmittelbaren Form- und Schneidwerkzeuge und keine weiteren, ebenfalls durch wärmebedingte Raumausdehnungen betroffene Werkzeugkomponenten mit Elementen für veränderbare variabel und selbsttätig einstellbare Positionierstellungen ausgestattet sind,
- – eine komplexe, alle Längen- und Raumausdehnungen sowohl der Blechteile wie auch der Werkzeugkomponenten und das Umformwerkzeug selbst betreffende, auf eine wirksame und qualitätssichernde Temperierung orientierende, richtungsorientierende und koordinierbare Kanalisierung der Wärmeausdehnungen bisher nicht bekannt ist.
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Die Problemstellung zur Überwindung dieser nachteiligen Ausbildungsmerkmale an temperierten Umformwerkzeugen besteht in
- – der Findung einer veränderten Struktur eines temperierenden Umformwerkzeuges, mit der alle Wärmeausdehnungen entweder kompensierbar oder richtungsorientiert kanalisierbar und koordinierbar sind,
- – der Bestimmung der für die durch Wärmeausdehnungen bedingten Verschiebebewegungen in Abhängigkeit von variablen und selbsttätig einstellbaren Positionierstellungen durch geeignete Werkzeugkomponenten und Temperierelemente,
- – einer nicht wiederholgenauen Blechteile-Positionierung in allen Werkzeugstufen des temperierenden Umformwerkzeuges, insbesondere bei der Bearbeitung von Blechstreifen.
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Diese Problemstellung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das temperierende Umformwerkzeug umfasst Werkzeugkomponenten, mit denen gleichzeitig
- – Wärmeausdehnungen in Basispunktstellungen, im Sinne von zentralen Mittenlagestellungen von Nullpunkten kompensierbar,
- – durch Wärmeausdehnungen bedingte Verschiebebewegungen richtungsorientierend kanalisierbar und
- – mittels einer teilespezifischen Auswahl und Anordnung von Temperierelementen an den Werkzeugstufen koordinierbar und koordiniert steuerbar sind.
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Die Werkzeugkomponenten, mit denen die Wärmeausdehnungen in Basispunktstellungen kompensierbar sind, sind wahlweise als
- – körperintegrierte Achsen von Mittenbohrungen, Zylinderbuchsen und in diesen positionierte Zentrierbolzen,
- – körperintegrierte Anordnung von Basispunkten in kugelförmigen Öffnungen, Hohlkugeln und in diesen positionierten Kugelelementen,
- – Matrizen und in diese eintauchende Form-, Schneid- und Positioniersuchstempel sowie als
- – gemeinsame virtuelle Achsen und virtuelle Basispunkte ausgebildet.
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Diese Elemente der Werkzeugkomponenten sind in den Masseschwerpunkts-Lagen nahe der oder in den Mittenlagen von mit Temperier- und Temperaturhaltekörpern ausgestatteten Werkzeugstufen, von in diesen beidseitig flächig kontaktierenden Blechsegmenten, der von Coils abgerollten Blechstreifen, von Platinen oder von geschmiedeten Blechteilen angeordnet. Damit sind in jeder Werkzeugstufe des Umformwerkzeuges wiederholgenaue Positionierungen dieser Blechteile zwischen den Oberteilen und den Unterteilen der Werkzeugstufen sowie zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug des Umformwerkzeuges realisierbar.
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Die Werkzeugkomponenten mit denen die durch Wärmeausdehnungen bedingten Verschiebebewegungen richtungsorientierend kanalisierbar sind, sind wahlweise als Säulenführungen oder als sonstige Führungskomponenten ausgebildet und angeordnet. In den Säulenführungen sind
- – rechtkantig,
- – kreisrund,
- – rundabgeflacht oder
- – in Schwertform profiliert ausgebildete Säulen parallel zu den körperintegrierten oder virtuellen Achsen in parallelwandigen
- – Schlitzen,
- – Langlöchern oder
- – Bohrungen
im Oberteil und im Unterteil der gereiht angeordneten Werkzeugstufen, im Oberwerkzeug und im Unterwerkzeug angeordnet und zwischen diesen beweglich geführt. Dabei sind diese Elemente in allen axial und radial versetzten wärmeausgedehnten Stellungen positioniert.
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Weitere Führungskomponenten sind in werkzeugspezifisch bestimmten Mitten- und Randlagen des Umformwerkzeuges oder alternativ in dessen vier Eckstellungen angeordnet. Dabei sind die Wärmeausdehn-Bewegungen zu den jeweiligen Basispunktstellungen zentrisch hinführend oder konzentrisch von diesen wegführend in ihren sternförmigen und räumlichen Ausrichtung kanalisiert.
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Mittels Temperier- und Temperaturhalte-Körpern an den Werkzeugstufen sowie mittels einer Temperatursteuerung, einschließlich einer Wärme- oder Kühlenergiezufuhr-Abschaltung sind die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Blechteilen aus Magnesium, aus hartfestem Aluminium sowie von geschmiedeten Blechteilen mit unterschiedlicher Formgebung und Dimensionierung, koordinierbar sowie koordiniert steuerbar. Ergänzende Merkmale der Erfindung sind in dem Patentansprüchen 2 bis 4 benannt. Sie betreffen
- – eine Ausbildung und Anordnung von Schneidstempeln und Matrizen für das Aus- und Freischneiden von Ausfüllräumen, um Dehnungs- und Stauchungsausgleiche an Blechstreifen realisieren zu können,
- – eine Werkzeugstufen-Anordnung, um wärmeausdehnungskompensierende und wiederholgenaue Blechstreifen-Positionierungen in den Werkzeugstufen zu gewährleisten sowie
- – von Basispunktstellungen an den Werkzeugstufen ausgehende entgegengerichtete Wärmestrahlungen.
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Die Erfindung ist in den Figuren vereinfacht dargestellt und in zwei Ausführungsbeispielen im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert. Gezeigt wird in
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1: eine Vorderansicht eines Umformwerkzeuges mit einer alternativen Teilansicht in 1.1, eine Draufsicht nach 1 auf ein Unterwerkzeug, welches in
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2 mit Blechstreifen und in
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3 ohne Blechstreifen dargestellt ist, sowie in alternativen Teildarstellungen in 3.1, 3.2, 3.3,
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4 ein Blechstreifen auf einem Folgeverbundwerkzeug gefertigt und in
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5 eine Platine auf einen Transferwerkzeug gefertigt.
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Das in 1 und 2 dargestellte Umformwerkzeug 1 ist als ein mehrstufiges Folgeverbundwerkzeug für die temperierte Bearbeitung eines von einem nicht dargestellten Coil abgerollten Blechstreifen 2.1 ausgebildet, wobei in fortgeschrittener Arbeitsfolge aus diesem Blechsegmente 2.2 mit Durchtrennung von Randstegen 2.5 aus- und freigeschnitten oder nach quergerichtetem Trennen Platinen 2.3 als fertige, temperiert umgeformte Blechteile 2, beispielsweise aus Magnesiumblech bestehend, hergestellt sind. Das Umformwerkzeug 1 selbst ist mit vier Werkzeugstufen 1.3 und einer Abtrennstufe dargestellt. Die Werkzeugstufen 1.3 bestehen im wesentlichen aus je einem Oberteil 1.4 und einem Unterteil 1.5, in denen die Temperier- und Temperaturhalteelemente 3.7, beheizbere Hebeelemente 3.6 sowie die für eine Kompensierung und richtungsorientierende sowie koordinierbare Kanalisierung von Wärmeausdehnungen funktionswesentlichen Werkzeugkomponenten 3 angeordnet sind. Die Werkzeugstufen 1.3 sind mit ihren Oberteilen 1.4 am beweglichen Oberwerkzeug 1.1 und mit ihren Unterteilen 1.5 am stationären Unterwerkzeug 1.2 angeordnet, wobei das Oberwerkzeug 1.1 mit dem Unterwerkzeug 1.2 positionsgenau gleich- oder gegeneinander gerichtet längsbeweglich geführt verbunden sind. Dies erfolgt mittels Säulen 1.8 in einer hier nicht dargestellten Säulenführung 1.7. In den Mittenlagen 1.9 der Werkzeugstufen 1.3 bilden die in das Oberteil 1.4 und in das Unterteil 1.5 körperintegriert angeordneten als Bohrungen ausgebildeten Basispunkte 3.3 zueinandergerichtet virtuelle Achsen 3.2, die damit unmittelbar richtungsgebend für die Wärmeausdehnungen 3.4 als Längen- und als Raumausdehnungen sowie für Wärmestrahlungen 3.5 sind. Die Teilansicht in 1.1 zeigt ein Raumsegment zwischen beabstandeten Stirnseitenflächen von zwei in Arbeitsfolge benachbarten Werkzeugstufen 1.3 an ihren Ober- und Unterteilen 1.4 und 1.5. Bedingt durch wiederhol- und abstandsgenaue Positionierungen mittels Positionssuchstempeln in den Blechteilen 2 in den Mittenlagen 1.9 der Werkzeugstufen 1.3 kann es zu wärmebedingten Stauchungen des Blechstreifens 2.1 zwischen den Werkzeugstufen 1.3 kommen. Die sich selbsttätig zwischen den Stirnseitenflächen bildenden Auf- oder Abwölbungen 2.9 an den Verbindungsstellen 2.6 der Blechsegmente 2.2 auf den Blechstreifen 2.1 kompensieren die ungewollten wärmebedingten Längenausdehnungen und sind in einer letzten nicht dargestellten Werkzeugstufe abschneid- oder abtrennbar.
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In 3 sind das Unterwerkzeug 1.2 und die Unterteile 1.5 sowie die beheizbaren Hebeelemente 3.6 und die Temperatur- und Temperaturhalteelemente 3.7 des mehrstufigen Folgeverbundwerkzeuges ohne den zu bearbeitenden Blechstreifen dargestellt. Die acht dargestellten Unterteile 1.4, die sechszehn dargestellten beheizbaren Hebeelementen 3.6, die vier Werkzeugstufen 1.3 und das Unterwerkzeug 1.2 bilden in ihren Mittenlagen 1.9, ausgehend von ihren jeweiligen Masseschwerpunkten körperintegrierte oder virtuelle Achsen 3.1 oder 3.2, bzw. körperintegrierte oder virtuelle Anordnungen von Basispunkten 3.3, wärmebedingt überwiegend Raumausdehnungen, die trotz ihrer Komplexität durch Werkzeugkomponenten 3 in den Mittenlagen 1.9 zu mindestens teilweise kompensiert und ergänzend richtungsorientiert und koordinierbar kanalisiert sind. In der 3 sind diese Achsen, diese Basispunkte in ihren Mittenlagen 1.9 und die gerichteten Wärmeausdehnungen 3.4, mit Symbolen gekennzeichnet, dargestellt. Da insbesondere das plattenförmige Unterwerkzeug 1.2 auch allseitig gerichtete wärmebedingte Längenausdehnungen als radial gerichtete Verschiebebewegungen erfährt, sind diese mit in dessen vier Eckstellungen oder mit in dessen Mitten- und Randlagen angeordneten Säulenführungen 1.7 ausgestattet, die nach den 3, 3.1, 3.2 und 3.3 als parallelwandige Schlitze, Langlöcher oder Bohrungen ausgebildet sind, und in denen am Oberwerkzeug 1.1 angeordneten Säulen 1.8 mit ihrem rechtkantigen und rundabgeflachten Profil ragen und eine variable selbsttätig einstellbare Istmaß-Positionierung des Unterwerkzeuges erlauben.
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Der in 4 dargestellte Blechstreifen 2.1 aus dünnem Magnesiumblech wurde auf eifern Folgeverbundwerkzeug mit ausreichender Temperierung gefertigt. Die in den Werkzeugstufen gefertigten Blechsegmente 2.2 haben eine rahmenförmige Struktur mit, in den längsseitigen Randlagen aus- und freigeschnittenen Randstegen 2.5, in denen als halbe Kreisringe oder als Bogen geformte Ausfüllräume 2.8 für Dehnungs- und Stauchungsausgleiche von wärmebedingten Längsausdehnungen des Blechstreifens 2.1 angeordnet sind. In diesen Randlagen sind in den Grenzbereichen 2.7 und Verbindungsstellungen 2.6 zweier benachbarter temperiert zu bearbeitenden Blechsegmente 2.2 als Bohrungen ausgebildete körperintegrierte Basispunkte 3.3 gestanzt, von denen gemeinsam mit in den Mittenlagen 1.9 angeordneten virtuellen Basispunkten 3.3 entgegengerichtete sich damit zum Teil kompensierende Wärmeausdehnungen 3.4 und Wärmestrahlungen 3.5 ausgehen.
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Der in 5 dargestellte Blechstreifen, der nach quer gerichteter Trennung als Platine 2.3 oder als geschmiedetes Blechteil 2.4 auf einem nicht dargestelltem Transferwerkzeug fertig bearbeitet werden soll verfügt über jeweils eine Mittenbohrung in der Mittenlage 1.9 als körperintegrierte Achse 3.1 und ist quergerichtet an seinen beiden stirnseitigen Verbindungsstellen 2.6 mit langlochartigen Ausfüllräumen 2.8 für Dehnungsausgleiche ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umformwerkzeug
- 1.1
- Oberwerkzeug von 1
- 1.2
- Unterwerkzeug von 1
- 1.3
- Werkzeugstufe(n)
- 1.4
- Oberteil von 1.3
- 1.5
- Unterteil von 1.3
- 1.6
- Führungskomponenten
- 1.7
- Säulenführungen von 1.6
- 1.8
- Säulen von 1.6
- 1.9
- Mittenlage(n) in 1.3
- 2
- Blechteile
- 2.1
- Blechstreifen
- 2.2
- Blechsegmente
- 2.3
- Platinen
- 2.4
- geschmiedete Blechteile
- 2.5
- Randstege von/an 2; 2.1; 2.2
- 2.6
- Verbindungsstellen von/an 2; 2.1; 2.2
- 2.7
- Grenzbereiche von/an 2; 2.1; 2.2
- 2.8
- Ausfüllräume von/an 2; 2.1; 2.2
- 2.9
- Auf- und Abwölbungen an 2.1
- 3
- Werkzeug-Komponenten für Wärmeausdehnung(en)
- 3.1
- körperintegrierte Achsen
- 3.2
- virtuelle Achsen
- 3.3
- Basispunkte
- 3.4
- (Richtungen von) Wärmeausdehnungen
- 3.5
- (Richtungen von) Wärmestrahlungen
- 3.6
- beheizbare Hebeelemente an 1.5
- 3.7
- Temperier- und Temperaturhalteelemente in 1.4 und 1.5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 202403 [0003]
- DE 19537475 A1 [0003]
- DE 19834510 A1 [0003]
- DD 11938 [0004]
- DE 3726793 C [0005]
- DE 2642651 B2 [0005]
- DE 102011051943 A1 [0005]
