DE102017118492A1

DE102017118492A1 - Pressenwerkzeug

Info

Publication number: DE102017118492A1
Application number: DE102017118492.9A
Authority: DE
Inventors: Nico Schwendenmann; Carsten Drexelius
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-02-14
Also published as: WO2019034464A1

Abstract

Ein Pressenwerkzeug umfasst ein erstes Werkzeugteil 4 und ein zweites Werkzeugteil 5, von welchen beiden Werkzeugteilen 4, 5 zum Durchführen eines Pressvorganges mittels eines Pressenantriebs zumindest eines gegenüber dem anderen bewegbar ist. Zumindest eines der beiden Werkzeugteile 4, 5 umfasst ein Widerlagerbauteil 6, 7 und einen von diesem gehaltenen Werkzeugträger 8, 8.1 mit einem Formwerkzeug. Der Werkzeugträger 8, 8.1 ist mit seiner zu dem Widerlagerbauteil 6, 7 weisenden Seite unter Zwischenschaltung einer in Pressrichtung reversibel nachgiebigen Ausgleichsabstützung an dem Widerlagerbauteil 6, 7 gehalten. Die Ausgleichsabstützung ist durch wenigstens eine in dem Maße der benötigten Nachgiebigkeit elastisch deformierbare Kunststoffausgleichsplatte 9 bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pressenwerkzeug mit einem ersten Werkzeugteil und einem zweiten Werkzeugteil, von welchen beiden Werkzeugteilen zum Durchführen eines Pressvorganges mittels eines Pressenantriebs zumindest eines gegenüber dem anderen bewegbar ist, wobei zumindest eines der beiden Werkzeugteile ein Widerlagerbauteil und einen von diesem gehaltenen Werkzeugträger mit einem Formwerkzeug umfasst und wobei der Werkzeugträger mit seiner zu dem Widerlagerbauteil weisenden Seite unter Zwischenschaltung einer in Pressrichtung reversibel nachgiebigen Ausgleichsabstützung an dem Widerlagerbauteil gehalten ist.
Derartige als Pressumformwerkzeuge ausgelegte Pressenwerkzeuge werden u.a. zur Herstellung von Fahrzeugteilen, insbesondere auch tragenden Fahrzeugteilen, wie beispielsweise A-Säulen, B-Säulen, Achsen, Tunneln und dergleichen verwendet. In vielen Fällen sind derartige Pressumformwerkzeuge temperiert ausgeführt, um diese als Presshärtwerkzeuge einsetzen zu können. Die in einem solchen Pressumformwerkzeug umgeformten Teile sind typischerweise solche aus einem härtbaren Stahl. Diese werden vor dem Pressumformvorgang auf Austenitisierungsungstemperatur erhitzt, in das geöffnete Pressumformwerkzeug eingelegt, dann in dem Pressumformwerkzeug umgeformt und anschließend unverzüglich gekühlt, um das gewünschte Gefüge in dem Umformbauteil einzustellen.
Ein solches Pressumformwerkzeug verfügt über zwei gegeneinander durch einen Pressenantrieb angeordnete Werkzeugteile. Jedes der beiden Werkzeugteile trägt einen Werkzeugträger mit wenigstens einem Formwerkzeug. Das Formwerkzeug stellt die Formoberfläche bereit, an der das umzuformende Bauteil, typischerweise eine Stahlplatine, umgeformt wird. Die Formwerkzeuge der Werkzeugträger der beiden Werkzeugteile sind bezüglich ihrer Geometrie komplementär zueinander ausgelegt, weshalb diese auch als Matrize und Patrize angesprochen werden. Die Werkzeugteile sind typischerweise horizontal übereinander angeordnet, wobei das untere Werkzeugteil - der Pressentisch - ruht, während das obere Werkzeugteil - der Pressenstößel - gegenüber dem unteren zum Ausüben des Pressvorgangs durch einen Pressenantrieb angetrieben ist.
Die Anforderungen an durch ein Pressumformwerkzeug hergestellte Bauteile werden v.a. im Automotive-Bereich sukzessive höher, insbesondere auch in Bezug auf die einzuhaltenden Toleranzen. Die geforderte Toleranzgenauigkeit bezieht sich nicht nur auf die Geometrie eines auf diese Weise hergestellten Bauteils in einer Vorserienproduktion oder einer Serienproduktion, sondern auch auf den internen Spannungsverlauf, die ausbildenden Gefüge und dergleichen. Zugleich besteht die Forderung, die Produktionskosten derartiger Teile möglichst gering zu halten.
Um diesen, an sich gegenläufigen Anforderungen - geringe Produktionskosten auf der einen Seite sowie enge Toleranzgrenzen auf der anderen Grenze - zu genügen, sind sogenannte Mehrfachpressumformwerkzeuge entwickelt worden, bei denen mit einem einzigen Pressenhub zwei oder mehr Platinen oder Halbzeuge umgeformt werden. Ein solches Pressumformwerkzeug verfügt somit über mehrere Werkzeugteilpaare. Der Antrieb einer solchen Presse ist bei Mehrfachpressumformwerkzeugen entsprechend leistungsfähig ausgelegt. Untersuchungen an mit Mehrfachpressumformwerkzeugen hergestellten Bauteilen zeigen jedoch, dass die einzelnen, in einem Pressenhub hergestellten Bauteilen bei ansonsten identischen Verfahrensparametern, wie der Temperatur des Rohlings, Pressgeschwindigkeit und, wenn erfolgt, die Abkühlgeschwindigkeit jeweils eine Geometrie in den zugelassenen Toleranzgrenzen aufweisen. Allerdings ist des Öfteren der interne Spannungsverlauf der in einem gemeinsamen Pressenhub hergestellten Bauteile nicht immer gleich. Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses in den Werkzeugtoleranzen und insbesondere in dem unvermeidbaren Einsatz von Platinen unterschiedlicher Materialstärke, da auch diese innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen schwankt, begründet sein kann. Durch den Umformvorgang wirkt auf manche Bereiche des Bauteils in den unterschiedlichen Werkzeugkavitäten daher ein unterschiedlicher Druck. Dieses gilt auch für Pressumformwerkzeuge mit nur einer Kavität, v. a. jedoch für Pressumformwerkzeuge, die mit mehreren Kavitäten als Mehrfachpressumformwerkzeuge ausgerüstet sind. Bereiche des umgeformten Rohlings, auf die ein höherer Pressendruck gewirkt hat, weisen eine geringere Temperatur auf als diejenigen Bereiche, die bereits mit geringerem Pressendruck umgeformt werden konnten. Insbesondere wenn es sich bei dem Pressumformwerkzeug um ein Presshärtwerkzeug handelt, wird der Abschreckprozess dann an einem umgeformten Bauteil durchgeführt, welches in einem solchen Fall keine homogene Temperaturverteilung aufweist, sondern Bereiche mit höherer Temperatur und solche mit einer geringeren Temperatur. Dieses kann zu einer Ausbildung unterschiedlicher Gefüge führen.
Aus diesem Grunde sind Pressumformwerkzeuge mit mehreren Kavitäten entwickelt worden, bei denen einer der beiden Werkzeugträger gegenüber dem anderen nachgiebig gehalten ist, damit dieses Werkzeugteil, wenn der vorgesehene Pressendruck erreicht ist, elastisch nachgiebig reagiert. Auf diese Weise wird der über das Formwerkzeug in diesem Bereich des Werkzeugträgers eingekoppelte Druck begrenzt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist das eine Werkzeugteil über eine Ausgleichsabstützung an einem Widerlagerteil gehalten. Aus DE 10 2014 017 488 A1 ist ein solches Presshärtwerkzeug bekannt. Um die vorbeschriebene Nachgiebigkeit zu erreichen, dienen bei diesem vorbekannten Pressumformwerkzeug je Werkzeugteil mehrere Hydraulikzylinder, an denen der Werkzeugträger gegenüber einem Widerlager abgestützt ist. Bei diesem Mehrfachpressumformwerkzeug ist in Bezug auf jede Kavität ein Werkzeugteil in der vorbeschriebenen Art und Weise ausgebildet, um den Werkzeugträger entsprechend schwimmend zu lagern. Auch wenn mit diesem vorbekannten Pressumformwerkzeug auch bezüglich der inneren Spannungsverteilung der damit umgeformten Bauteile engere Toleranzen eingehalten werden können, ist der zu betreibende apparative Aufwand, um dieses erreichen zu können, nicht unbeträchtlich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Pressenwerkzeug der eingangs genannten Art dergestalt auszubilden, dass die Druckgleichverteilung auf einen in einer Kavität des Werkzeuges befindlichen Rohling verbessert ist, ohne die Nachteile des apparativen Aufwandes des Pressumformwerkzeuges gemäß DE 10 2014 017 488 A1 in Kauf nehmen zu müssen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Pressenwerkzeug, bei dem die Ausgleichsabstützung durch wenigstens eine in dem Maße der benötigten Nachgiebigkeit elastisch deformierbare Kunststoffausgleichsplatte bereitgestellt ist.
Bei diesem Pressenwerkzeug werden die elastischen Eigenschaften einer Kunststoffplatte genutzt, um die Ausgleichsabstützung wenigstens eines der beiden Werkzeugteile zu realisieren. Ausgenutzt wird bei diesem Konzept, dass eine Nachgiebigkeit des einen Werkzeugteils gegenüber dem anderen für eine über die Fläche des Bauteils homogenere Druckbeaufschlagung bei einer Pressbearbeitung eines Werkstückes, wie etwa eines Rohlings oder eines Halbzeuges, beispielsweise beim Pressumformen nur über einen geringen Stellweg benötigt werden. In vielen Fällen dürfte bereits eine Nachgiebigkeit der Ausgleichsabstützung in Pressrichtung von 1,0 bis 2,0 mm ausreichen. Wenn die Toleranz in der Platinendicke der Rohlinge in Betracht gezogen wird, bräuchte die Nachgiebigkeit grundsätzlich nur wenige 1/10 mm betragen. Bei diesem Pressumformwerkzeug ist zumindest der eine Werkzeugträger unter Zwischenschaltung einer solchen elastisch deformierbaren Kunststoffausgleichsplatte an ein Widerlager angeschlossen und dadurch in Pressrichtung nachgiebig. Bei diesem Konzept kann der Werkzeugträger auch in der Ebene des Werkzeugteils unter Ausnutzung der elastischen Eigenschaften der Kunststoffausgleichsplatte eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, ohne dass hierzu zusätzliche Maßnahmen erforderlich wären. Dann würden die beiden zusammenwirkenden Werkzeugträger mit ihren Formflächen unter Zwischenschaltung eines in die Kavität eingebrachten Rohlings während des Pressenhubes zentriert werden, sodass eine Druckgleichverteilung auch an aus der Ebene des Rohlings während des Umformens abgekanteten Seitenflächen erreicht wird und beim Umformen auf die eine Seitenfläche nicht ein höherer Umformdruck wirkt als auf die gegenüberliegende.
Es war überraschend festzustellen zu können, dass letztendlich mit einer einfachen Kunststoffplatte, hergestellt aus einem geeigneten Kunststoff, den an eine Ausgleichsabstützung bei einem Pressenwerkzeug, etwa einem Pressumformwerkzeug gestellten Anforderungen Genüge getan werden kann. Die zwischen dem Werkzeugträger und dem Widerlager befindliche Kunststoffausgleichsplatte ist bezüglich ihres Deformationsverhaltens in Querrichtung zur Pressrichtung vorzugsweise nicht beeinträchtigt, um ein Ausbauchen an den Schmalseiten als Folge einer Deformation in Pressrichtung nicht zu behindern. Gleiches gilt für Pressenwerkzeuge, mit denen eine andere Werkstückbearbeitung als ein Umformen vorgenommen wird, beispielsweise das Einbringen von Löchern, das Beschneiden oder dergleichen, welche Bearbeitungsschritte durchaus auch mit einem Umformvorgang kombiniert sein können.
Eine solche Ausgleichsabstützung kann an einem Werkzeugteil durch eine einzige Kunststoffausgleichsplatte bereitgestellt sein. Dabei ist die Ausgleichsabstützung ausgelegt, damit die beiden zusammenwirkenden Werkzeugteile bei Ausüben eines Pressenhubes nicht auf Anschlag gefahren werden können. Durchaus möglich ist auch eine Auslegung eines Werkzeugteils mit einer solchen Ausgleichsabstützung, bei der die Kunststoffausgleichsplatte durch zwei oder mehrere Plattenteile bereitgestellt ist. Diese können mit Abstand zueinander angeordnet sein, wenn der Werkzeugträger mit seinem Formwerkzeug hinreichend steif ist, dass dieser während der Ausübung eines Presshubes zum Umformen eines Rohlinges starr bleibt und nicht zu einem Durchbiegen in den zwischen zwei Plattenteilen befindlichen Bereichen neigt.
Dieses braucht bei Vorsehen einer einzigen Kunststoffausgleichsplatte zum Bereitstellen der Ausgleichsabstützung nicht befürchtet zu werden.
Die Kunststoffausgleichsplatte ist aufgrund ihres Aufbaus und/oder ihrer Materialzusammensetzung vorzugsweise so ausgelegt, dass diese erst deformiert wird, wenn der für die Materialbearbeitung, beispielsweise das Umformen des Werkstückes vorgesehene bestimmungsgemäße Pressendruck erreicht wird. Hierbei handelt es sich typischerweise um relativ hohe Drücke. Ein solches Einfederungsverhalten, bei dem eine Nachgiebigkeit erst bei einem relativ hohen Druck gefordert wird und das Gegenmoment auch während der Einfederung nicht nachlassen oder sich übermäßig erhöhen soll, lässt sich mit einer Ausgleichsplatte aus einem Kunststoff in einfacher, jedoch besonders wirkungsvoller Weise realisieren. Für die zum Herstellen beispielsweise von typischen Trägerprofilen für Kraftfahrzeuganwendungen benötigten Pressendrücke zum Durchführen der gewünschten Umformung einer Platine sind Elastomerplatten als Kunststoffausgleichsplatten geeignet, die eine Shore A Härte zwischen 70 und 100 oder eine Shore D Härte zwischen 45 und bis 75 aufweisen.
Je nach Auslegung des durchzuführenden Werkstückbearbeitungsschrittes, beispielsweise des Pressumformschrittes und der gewünschten bzw. benötigten Nachgiebigkeit kann bei einer Kunststoffausgleichsplatte, die zum Bewirken ihrer Nachgiebigkeit zunächst eine etwas höhere Kraft benötigt, die nach erfolgtem Beginn der Nachgiebigkeit etwas nachlässt, dieser anfängliche, zum Erzielen der Nachgiebigkeit benötigte Kraftpeak dadurch reduziert werden, dass die Kunststoffausgleichsplatte zwischen dem Werkzeugträger und dem Widerlager unter einer Vorspannung gehalten ist. Diese ist typischerweise eingerichtet, damit die Kunststoffplatte in Richtung des ausgeführten Presshubes bereits um einige Mikrometer deformiert worden ist. Eine solche Vorspannung lässt sich beispielsweise mittels einer Verschraubung des Werkzeugträgers mit dem Widerlagerteil unter Zwischenschaltung der Kunststoffausgleichsplatte herstellen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Kunststoffausgleichsplatte in einer Ausgleichsplattenaufnahme angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass die Schmalseiten der Kunststoffausgleichsplatte mit Abstand zu der Innenwand der umlaufenden Wand der Ausgleichsplattenaufnahme angeordnet ist und dass die Kunststoffausgleichsplatte über den zum Werkzeugträger oder zum Widerlagerbauteil, je nachdem, welches Bauteil die Ausgleichsplattenaufnahme trägt, hervorspringt.
Der Werkzeugträger kann als Federplatte ausgeführt sein, an der wiederum das Formwerkzeug als eigenständiges Bauteil befestigt ist. Dieses erlaubt bei einem Umrüsten des Werkzeugteils, dass nur das Formwerkzeug demontiert und mit einem entsprechend neuen bestückt sein muss. Durchaus möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei der der Werkzeugträger mit dem Formwerkzeug als einstückiges Bauteil ausgeführt ist.
Durchaus möglich ist es auch, dass beide, eine Kavität begrenzenden Werkzeugteile, eine solche Kunststoffausgleichsplatte aufweisen.
Die beschriebenen Vorteile, die durch das zumindest eine Werkzeugteil aufgrund der Möglichkeit einer Ausgleichsbewegung für eine Druckhomogenisierung auf das zu bearbeitende Werkstück bereits Vorteile bei einem Presswerkzeug bringen, welches nur eine Kavität aufweist, ist dieses Konzept vor allem auch für Presswerkzeuge mit mehreren Kavitäten geeignet. Hierbei kann es sich um sogenannte Mehrfachpressenwerkzeuge, wie etwa Mehrfachpressumformwerkzeuge handeln. Bei diesen werden gleichzeitig in den mehreren Kavitäten gleiche Bearbeitungsschritte durchgeführt und somit der Werkstückausstoß gesteigert. Dieselben Vorteile werden auch bei einem Pressenwerkzeug erreicht, welches mehrere Kavitäten aufweist, deren die Kavität begrenzenden Werkzeuge der unterschiedlichen Kavitäten als Transferwerkzeuge ausgelegt sind. Bei einem solchen Pressenwerkzeug wird ein Werkstück in mehreren Schritten bearbeitet, beispielsweise in mehreren Schritten umgeformt, beschnitten oder dergleichen. Nach Ausüben eines Pressenhubes wird sodann das in einem ersten Schritt bearbeitete Halbzeug aus einer ersten Kavität in die für den nachfolgenden Schritt vorgesehene Kavität eingelegt.
Eine solche Ausgleichsplatte aus einem elastomeren Kunststoff kann ebenfalls bei Pressenwerkzeugen eingesetzt werden, bei denen das Umformen des Rohlings bei hohen Temperaturen stattfindet. In einem solchen Fall sind die Formwerkzeuge bzw. der Werkzeugträger gekühlt. Da die Kunststoffausgleichsplatte aus Richtung der Kavität hinter den Kühlkanälen des Formwerkzeuges bzw. des Werkzeugträgers liegt, ist ein Wärmeeintrag in die Kunststoffausgleichsplatte durch die Kühlung wirksam verhindert. In einer anderen Ausgestaltung eines temperierte Werkzeuge aufweisenden Pressenwerkzeuges sind diese zumindest partiell erwärmbar. Hier stellen sich dieselben Vorteile ein wie bei dem vorbeschriebenen Presshärtwerkzeug.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: eine schematisierte Seitenansicht eines als Pressumformwerkzeug ausgelegten Pressenwerkzeuges gemäß der Erfindung mit geöffneten Werkzeugteilen,
2: Druckmessfolienabdrucke von mit dem Pressumformwerkzeug der 1 hergestellten Bauteilen im Vergleich zu solchen, die mit einem herkömmlichen Pressumformwerkzeug hergestellt sind,
3: eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugaufspannplatte als Teil des Pressentisches des Pressumformwerkzeuges der 1 mit bei einem Werkzeugteil abgenommenem Werkzeugträger (linkes Werkzeugteil) und mit abgenommenem Formwerkzeug bei dem anderen Werkzeugteil (rechts Werkzeugteil),
4: eine Seitenansicht der der Aufspannplatte zugeordneten Werkzeugteile der 3 und
5: ein weiteres als Pressumformwerkzeug ausgeführtes Pressenwerkzeug gemäß der Erfindung, ausgelegt als Transferwerkzeug.

Ein Pressumformwerkzeug 1 als beispielhaftes Pressenwerkzeug ist als Mehrfachpressumformwerkzeug ausgelegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt das Pressumformwerkzeug 1 über zwei Kavitäten 2, 2.1. Als Kavität 2, 2.1 ist im Rahmen dieser Ausführung derjenige Hohlraum zwischen zwei für den Vorgang der Pressumformung zusammenwirkenden Werkzeugteilen angesprochen, in dem ein Rohling eingelegt und umgeformt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Pressumformwerkzeug 1 zum Herstellen von Hutprofilen 3, 3.1 aus einer Stahlplatine.
1 zeigt das geöffnete Pressumformwerkzeug 1. Auf den unteren Werkzeugteilen ist jeweils ein Hutprofil 3, 3.1 als umgeformter Rohling erkennbar.
Nachfolgend ist die Kavität 2 in Bezug auf die diese bildenden Werkzeugteile beschrieben. Die die Kavität 2.1 bildenden Werkzeugteile sind gleichermaßen aufgebaut. Daher gelten die Ausführungen zu der Kavität 2 gleichermaßen für die Kavität 2.1.
Die Kavität 2 ist durch ein oberes Werkzeugteil 4 und ein unteres Werkzeugteil 5 eingefasst. Das obere Werkzeugteil 4 ist Teil des Pressenstößels 6. Dieser ist in nicht näher dargestellter Art und Weise, typischerweise hydraulisch oder servomechanisch in vertikaler Richtung bewegbar gegenüber einem als Widerlagerbauteil dienenden Pressentisch 7 verstellbar. Ein Teilbereich des Pressenstößels 6 ist dem oberen Werkzeugteil 4 zugeordnet. Gleichermaßen ist ein Teilbereich des Pressentisches 7 dem unteren Werkzeugteil 5 zugeordnet. Somit bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Pressenstößel 6 und der Pressentisch 7 jeweils einen Werkzeuggrundkörper . Die Werkzeugteile 4, 5 können, wenn gewünscht, auch an einer Werkzeugaufspannplatte befestigt sein. In einem solchen Fall ist dann die Werkzeugaufspannplatte an den Pressenstößel 6 bzw. den Pressentisch 7 angeschlossen, wie zu 3 und 4 nachstehend beschrieben. Die beiden für den Vorgang des Umformens zusammenwirkenden Werkzeugteile 4, 5 sind prinzipiell bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich aufgebaut. Nachfolgend ist das Werkzeugteil 5 detaillierter beschrieben. Dieselben Ausführungen gelten gleichermaßen für das obere Werkzeugteil 4.
Das untere Werkzeugteil 5 des Pressumformwerkzeuges 1 verfügt über einen Werkzeugträger 8, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich mit seiner zu dem Werkzeugteil 4 weisenden Oberseite das Formwerkzeug darstellt. Der Werkzeugträger 8 ist in näher dargestellter Art und Weise an dem Pressentisch 7 befestigt und zwar unter Zwischenschaltung einer Kunststoffausgleichsplatte 9. Insofern bildet der dem Werkzeugteil 5 zugehörige Anteil des Pressentisches 7 bezüglich dieses Werkzeugteils 5 ein Widerlager. Durch die Kunststoffausgleichsplatte 9 ist das Werkzeugteil 8 gegenüber dem als Widerlager dienenden Pressentisch 7 zumindest in Bewegungsrichtung des oberen Werkzeugteils 4 und damit in Pressrichtung schwimmend gelagert. Daher ist der Werkzeugträger 8 in Pressrichtung aufgrund der elastischen Eigenschaften der als Ausgleichsabstützung dienenden Kunststoffausgleichsplatte 9 nachgiebig. Bei der Kunststoffausgleichsplatte 9 handelt es sich um eine handelsübliche Elastomerplatte aus Polyurethan mit einer Shore A Härte von 95. Dieses Material gewährleistet eine hinreichende Spannungsaufnahme und Deformation, damit diese für einen Einsatz in dem Pressumformwerkzeug 1 geeignet ist, ohne das die maximale Spannungsaufnahme dieser Kunststoffausgleichsplatte erreicht wird. In dem vorliegenden Fall wird eine Stauchung von 25% zur Bestimmung der maximalen Spannungsaufnahme angenommen. Dieses ist bei diesem Ausführungsbeispiel vor dem Hintergrund so gewählt worden, da der Verlauf der Spannungs-Dehnungskurve in diesem Bereich annähernd linear verläuft. Für die Auslegung der auf diese Weise bereitgestellten Ausgleichsabstützung ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein lineares Verhalten gewünscht. Das eingesetzte Kunststoffmaterial ist gegenüber den bei einem Pressumformwerkzeug der in Rede stehenden Art verwendeten Mitteln, wie beispielsweise Öle, Kühlmittel und dergleichen beständig.
Die Kunststoffausgleichsplatte 9 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine Dicke von 30 mm auf. Eine solche Kunststoffausgleichsplatte wird man in Bezug auf die eingesetzte Shore A Härte und die Materialstärke so einstellen, dass der gewünschte Einfederungsweg bei der vorgesehenen Druckspannung zuzüglich einer Sicherheitsmarge ausgeführt werden kann, ohne das eine plastische Deformation stattfindet.
Aufgrund der Konzeption der Werkzeugteile 4, 5 des Pressumformwerkzeugs 1 in der vorbeschriebenen Art und Weise reagieren die Werkzeugträger 8 bei Erreichen eines bestimmten Druckspannungsniveaus nachgiebig und verhindern dadurch, dass sowohl innerhalb der einen Kavität 2 oder 2.1 der zu formende Rohling über dessen Längs- und/oder Quererstreckung hinweg einer ungleichen Druckbeanspruchung ausgesetzt ist als auch in Bezug auf die in den beiden Kavitäten 2, 2.1 befindlichen Rohlinge einer gleichen Druckbelastung ausgesetzt sind. Dadurch ist in besonderem Maße die Fertigungsgenauigkeit jedes einzelnen Hutprofils 3, 3.1 innerhalb der jeweiligen Kavität 2 bzw. 2.1 sowie über die Kavitäten 2, 2.1 hinweg sehr viel enger. Auf diese Weise lassen sich Werkzeugungenauigkeiten und vor allem unvermeidbare Blechdickenunterschiede in den einzelnen Platinen (Rohlingen) ausgleichen, sodass die auf jedes Hutprofil einwirkende Druckspannung damit eine Temperaturverteilung über das Bauteil hinweg und über die Bauteile in den unterschiedlichen Kavitäten 2, 2.1 hinweg homogenisiert sind.
2 zeigt Druckmessfolienabdrücke, hergestellt in dem in 1 schematisiert beschriebenen Pressumformwerkzeug 1, in einer Gegenüberstellung des mit solchen, die in einem Pressumformwerkzeug erzeugt worden sind, bei dem die Werkzeugträger nicht in der vorbeschriebenen Art und Weise durch Zwischenschalten einer Kunststoffausgleichsplatte schwimmend gelagert sind. Das in 2 obere Abbildungspaar zeigt Druckmessfolienabdrücke von Werkstücke aus den Kavitäten, deren Werkzeugträger nicht schwimmend gelagert sind. Deutlich wird, dass das Hutprofil in der Kavität 2 einem höheren Druck bei Ausüben des Umformhubes ausgesetzt war als das in der Kavität 2.1 umgeformte Hutprofil. Das untere Bildpaar der 2 zeigt einen Druckmessfolienabdruck bei Verwendung des Pressumformwerkzeuges 1 mit einer schwimmenden Lagerung der Werkzeugträger 8 durch jeweils eine Kunststoffausgleichsplatte 9. Deutlich erkennbar ist, dass die Druckgleichverteilung, die auf das jeweilige Werkstück einwirkt, innerhalb jeder Kavität 2, 2.1 erheblich homogener ist. Besonders deutlich wird durch diese Gegenüberstellung jedoch, dass der auf die Hutprofile 3, 3.1 einwirkende Druck beim Pressumformen in den beiden Kavitäten 2, 2.1 gleich ist, was bei dem Vergleichsversuch (oberes Bildpaar) erkennbar nicht der Fall war.
3 zeigt eine perspektivische schematisierte Darstellung einer Werkzeugaufspannplatte 7.1, die Teil des Pressentisches 7 der 1 ist. Die beiden Werkzeugteile 5, 5.1 sind an die Werkzeugaufspannplatte 7.1 angeschlossen. In dieser Figur ist das Werkzeugteil 5 nur mit dem ihm zugeordneten Bereich der Werkzeugaufspannplatte 7.1 und der Kunststoffausgleichsplatte 9 gezeigt. Der Werkzeugträger 8 ist zur besseren Einsicht entfernt. Die Kunststoffausgleichsplatte 9 befindet sich in einer Ausgleichsplattenaufnahme 10, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der als Widerlager dienenden Werkzeugaufspannplatte 7.1 als Teil des Pressentisches 7 eingearbeitet ist. Randlich begrenzt ist die Ausgleichsplattenaufnahme 10 durch eine umlaufende Wand 11. Die Tiefe der Ausgleichsplattenaufnahme 10 ist geringer als die Materialstärke bzw. die Höhe der Kunststoffausgleichsplatte 9. Diese ragt über den oberseitigen Abschluss der Ausgleichsplattenaufnahme 10 zumindest um den gewünschten elastischen Verstellbetrag zuzüglich einer Sicherheitsmarge hinaus. Bei der diesbezüglichen Auslegung ist darauf zu achten, dass der Werkzeugträger 8 mit der Werkzeugaufspannplatte 7.1 nicht auf Stoß gebracht werden kann. Die Kunststoffausgleichsplatte 9 ist durch einen zentral angeordneten Halteeinsatz 12, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine langlochartige Querschnittsfläche aufweist, verdrehsicher gehalten. Der Halteeinsatz 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Schraube an der Werkzeugaufspannplatte 7.1 gehalten. Die Festlegung erfolgt in der Mitte der Kunststoffausgleichsplatte 9, damit das Dehnverhalten in Längs- und Querrichtung bei einem Einfedervorgang nicht beeinträchtigt ist. Eine Befestigung der Kunststoffausgleichsplatte 9 ist auch über eine Passfederbefestigung oder über andere adäquat geeignete Befestigungsmittel an der Werkzeugaufspannplatte 7.1 möglich.
Die Werkzeugaufspannplatte 7.1 trägt bezüglich des nicht dargestellten Werkzeugträgers zwei Zentrierelemente 13, 13.1. Diese dienen zum Positionieren des Werkzeugträgers 8 gegenüber der Kunststoffausgleichsplatte 9 und damit gegenüber der als Widerlager dienenden Werkzeugaufspannplatte 7.1 als Teil des Pressentisches 7. Die Zentrierelemente 13, 13.1 weisen an ihrem freien Ende eine Einführschräge auf und sind zu diesem Zweck in ihrem Endabschnitt kegelförmig ausgeführt. Diese greifen in entsprechend ausgeführte Bohrungen in der Unterseite des Werkzeugträgers 8 ein.
Der Werkzeugträger 8 ist an der Werkzeugaufspannplatte 7.1 mit mehreren Schraubbefestigern 14 befestigt. Die Schraubbefestiger 14 greifen mit ihrem Gewindeschaft in komplementär ausgeführte Innengewindebohrungen der Werkzeugaufspannplatte 7.1 ein. 3 zeigt bezüglich des benachbarten, die Kavität 2.1 einfassenden Werkzeugteils 5.1 den an der Werkzeugaufspannplatte 7.1 befestigten Werkzeugträger 8.1. Dabei ist eine Unterseite des Werkzeugträgers 8 derart bearbeitet, dass diese in ihrer Oberfläche plan zur Kunststoffausgleichsplatte 9 ausgebildet ist, indem diese feingefräst oder geschliffen ist, um die Kunststoffausgleichsplatte 9 nicht zu beschädigen
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Werkzeugträger 8, 8.1 als Federplatten ausgebildet, die die eigentlichen Formwerkzeuge tragen, wie nachstehend im Zusammenhang mit der 4 beschrieben ist. Insofern ist ein solches Werkzeugteil 5, 5.1 modular aufgebaut. In einfacher Weise braucht im Falle einer Umrüstung des jeweiligen Werkzeugteils 5, 5.1 nur das Formwerkzeug von der Federplatte 8 bzw. 8.1 demontiert und durch ein neues Formwerkzeug ersetzt zu werden.
Die als Federplatten ausgeführten Werkzeugträger 8, 8.1 tragen an ihrer zu dem Formwerkzeug weisenden Seite (die Formwerkzeuge sind in 3 nicht gezeigt) wiederum jeweils Zentrierelemente 15, 15.1 zum Positionieren des jeweiligen Formwerkzeuges an dem jeweiligen Werkzeugträger 8 bzw. 8.1 (nur an dem Werkzeugteil 5.1 erkennbar).
Der vorbeschriebene Aufbau der unteren Werkzeugteile des Pressumformwerkzeuges 1 ist in 4 nochmals in einer Seitenansicht gezeigt. Deutlich erkennbar ist der Abstand der als Federplatten ausgeführten Werkzeugträger 8, 8.1 von der Oberseite der Werkzeugaufspannplatte 7.1 des Pressentisches 7 und die zwischen dem jeweiligen Werkzeugträger 8, 8.1 und der Werkzeugaufspannplatte 7.1 zwischengeschalteten Kunststoffausgleichsplatten 9, 9.1, sowie die separat angebrachten Formwerkzeuge. Bezüglich des Werkzeugträgers 8.1 ist in 4 das Formwerkzeug mit dem Bezugszeichen 16 kenntlich gemacht.
5 zeigt in einer schematisierten Ansicht ein weiteres Pressumformwerkzeug 1.1 als beispielhaftes Pressenwerkzeug gemäß der Erfindung. Das Pressumformwerkzeug 1.1 ist prinzipiell aufgebaut wie das Pressumformwerkzeug 1 der vorstehenden Figuren. Daher gelten die diesbezüglichen Ausführungen gleichermaßen für das Pressumformwerkzeug 1.1 der 5. Nachfolgend sind lediglich die Unterschiede des Pressumformwerkzeuges 1.1 gegenüber dem Pressumformwerkzeug 1 beschrieben. Bei dem Pressumformwerkzeug 1.1 sind gleiche Bauteile wie beim Pressumformwerkzeug 1 mit denselben Bezugszeichen kenntlich gemacht, die sich anhand ihres Suffixes jedoch von denjenigen des Pressumformwerkzeuges 1 unterscheiden.
Das Pressumformwerkzeug 1.1 verfügt über drei Kavitäten 2.2, 2.3, 2.4. Jede Kavität 2.2, 2.3, 2.4 ist durch ein oberes und ein unteres Werkzeugteil 8.2, 8.3 bzw. 8.4, 8.5 bzw. 8.6, 8.7 eingefasst. Die Werkzeugträger 8.2, 8.3 bzw. 8.4, 8.5 bzw. 8.6, 8.7 sind temperiert. Somit können die Kavitäten 2.1 - 2.4, wenn gewünscht, zum Presshärten eines Werkstückes genutzt werden. Jeder Werkzeugträger 8.2 - 8.7 ist unter Zwischenschaltung einer Kunststoffausgleichsplatte 9.2, 9.3 (nur an den Werkzeugträgern 8.2, 8.3 in 5 kenntlich gemacht) an wenigstens eine Werkzeugaufspannplatte 7.2, 7.3 angeschlossen.
Die die jeweilige Kavität 2.2, 2.3, 2.4 jeweils einfassenden Werkzeugträger 8.2, 8.3; 8.4, 8.5; 8.6, 8.7 sind zum Durchführen unterschiedlicher und zum Herstellen des gewünschten Bauteils nacheinander durchzuführender Bearbeitungsschritte ausgelegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird in der Kavität 2.2 in einem ersten Schritt eine Blechplatine zu einem Hutprofil 3.2 geformt. Nach Ausüben des Pressenhubes und Öffnen der Kavität 2 wird das Hutprofil 3.2 aus der Kavität 2.2 entnommen und in die Kavität 2.3 eingelegt. In die Kavität 2.2 wird nach Entnahme des Hutprofils 3.2 eine in dem ersten Bearbeitungsschritt umzuformende Platine eingelegt. In dem nachfolgenden Pressenhub wird das in die Kavität 2.3 eingelegte Hutprofil durch die in den Werkzeugträgern 8.4, 8.5 integrierten Loch- und Schnittwerkzeuge das Hutprofil beschnitten. Das beschnittene Hutprofil ist in der Kavität 2.3 mit dem Bezugszeichen 3.3 kenntlich gemacht. In dem nächsten Bearbeitungsschritt wird das Hutprofil 3.3 aus der Kavität 2.3 herausgenommen und in die Kavität 2.4 eingelegt. Entsprechend wird das in der Kavität 2.2 umgeformte Hutprofil in die Kavität 2.3 eingelegt und in die Kavität 2.2 erneut eine unbearbeitete Platine eingelegt. In der Kavität 2.4 erfolgt die Fertigumformung und/oder Kalibrierung des Hutprofils zusammen mit einer Temperierung.
Da bei dem Pressumformwerkzeug 1.1 die Werkzeugträger 8.2 - 8.7 jeweils unter Zwischenschaltung einer Kunststoffausgleichsplatte 9.2, 9.3 widerlagerseitig abgestützt sind, erfolgt eine Druckverteilungshomogenisierung auf das in jeder Kavität 2.2 - 2.4 zu bearbeitende Werkstück. Dieses ist vor dem Hintergrund der unterschiedlichen Ausbildung der Werkzeugträger vorteilhaft, da hierdurch eine Abstimmung der zusammenwirkenden Werkzeugteile 8.2, 8.3; 8.4, 8.5; 8.6, 8.7 erheblich vereinfacht ist.
Mit einem solchen Pressenwerkzeug, welches als Transferwerkzeug ausgelegt ist, können auch mit Zink beschichtete Platinen zuverlässig umgeformt werden, und zwar in mehreren Schritten. Dabei wird die Entstehung von Mikrorissen, die bei einem einschrittigen Umformen in Kauf genommen werden müssen, vermieden. Zudem können bei diesem Konzept Schnittoperationen bereits im Werkzeug erfolgen. Nachfolgende Laserbeschneideoperationen sind dann grundsätzlich nicht mehr notwendig. Vorteilhaft ist bei einer Ausgestaltung des Pressenwerkzeuges in dieser Weise zudem, dass Taktzeiten verringert werden können.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung umsetzen zu können, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführung näher dargelegt werden müsste.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Pressumformwerkzeug
2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4: Kavität
3, 3.1, 3.2, 3.3: Hutprofil
4: Werkzeugteil
5: Werkzeugteil
6: Pressenstößel
7: Pressentisch
7.1, 7.2, 7.3: Werkzeugaufspannplatte
8, 8.1 - 8.7: Werkzeugträger
9, 9.1, 9.2, 9.3: Kunststoffausgleichsplatte
10: Ausgleichsplattenaufnahme
11: Wand
12: Halteeinsatz
13, 13.1: Zentrierelement
14: Schraubbefestiger
15, 15.1: Zentrierelement
16: Formwerkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014017488 A1 [0006, 0007]

Claims

Pressenwerkzeug mit einem ersten Werkzeugteil (4) und einem zweiten Werkzeugteil (5, 5.1), von welchen beiden Werkzeugteilen (4, 5, 5.1) zum Durchführen eines Pressvorganges mittels eines Pressenantriebs zumindest eines gegenüber dem anderen bewegbar ist, wobei zumindest eines der beiden Werkzeugteile (4, 5, 5.1) ein Widerlagerbauteil (6, 7) und einen von diesem gehaltenen Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit einem Formwerkzeug umfasst und wobei der Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit seiner zu dem Widerlagerbauteil (6, 7) weisenden Seite unter Zwischenschaltung einer in Pressrichtung reversibel nachgiebigen Ausgleichsabstützung an dem Widerlagerbauteil (6, 7) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsabstützung durch wenigstens eine in dem Maße der benötigten Nachgiebigkeit elastisch deformierbare Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) bereitgestellt ist.
Pressenwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) ausgelegt ist, damit diese erst bei Erreichen eines vorgegebenen Pressendruckes deformierbar ist.
Pressenwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerbauteil (6, 7) eine Ausgleichsplattenaufnahme (10) mit einem diese begrenzende, umlaufende Wand (11) aufweist, in der die wenigstens eine Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) mit Abstand zu der Wand und über ihren zum Werkzeugträger (8, 8.1) weisenden Abschluss hervorragend angeordnet ist.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsabstützung einen Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) durch eine einzige Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) bereitgestellt ist.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) eine Elastomerplatte mit einer Shore A Härte zwischen 70 und 100 oder einer Shore D Härte zwischen 45 und 75 ist.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) zwischen dem Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) und dem Widerlagerbauteil (6, 7) in Pressrichtung unter Vorspannung gehalten ist.
Pressenwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit dem Widerlagerbauteil (6, 7) mit Spannbolzen (14) verschraubt ist und die auf die wenigstens eine Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) wirkende Vorspannung durch die Verschraubung eingerichtet ist.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) als Federplatte ausgeführt ist, an der das Formwerkzeug befestigt ist.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger mit dem Formwerkzeug ein einstückiges Bauteil oder eine Einheit bildet.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerbauteil (6, 7) mehrere Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit jeweils einem Formwerkzeug (16) jeweils unter Zwischenschaltung zumindest einer Kunststoffausgleichsplatte (9, 9.1, 9.2, 9.3) trägt.
Pressenwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträger (8.2, 8.3 bzw. 8.4, 8.5 bzw. 8.6, 8.7) des mehrere Kavitäten (2.2, 2.3, 2.4) aufweisenden Pressenwerkzeuges Transferwerkzeuge sind, sodass die Werkstückbearbeitung in mehreren, nacheinander durchgeführten Schritten erfolgt.
Pressenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementär zusammenwirkenden Werkzeugteile (4, 5, 5.1) des Pressumformwerkzeuges (1) jeweils ein Widerlagerbauteil (6, 7) und einen von diesem gehaltenen Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit einem Formwerkzeug umfassen, wobei der Werkzeugträger (8, 8.1 - 8.7) mit seiner zu dem Widerlagerbauteil (6, 7) weisende Seite unter Zwischenschaltung einer in Pressrichtung zumindest reversibel nachgiebigen Ausgleichsabstützung an dem Widerlagerbauteil (6, 7) gehalten ist und beide Werkzeugteile (4, 5, 5.1) mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt sind.