DE102017127657B3

DE102017127657B3 - Tool for a device for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening, and device and method for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening with at least one such tool

Info

Publication number: DE102017127657B3
Application number: DE102017127657.2A
Authority: DE
Inventors: Günter Fortmeier; Anatoli Enns; Rüdiger Erhardt; Christian Rüsing
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2037-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) für eine Vorrichtung zum zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen und/oder Presshärten mit einem eine Formfläche (2) aufweisenden Formelement (3), wobei zumindest ein Bereich (4) des Formelementes (3) ein Wärmeisolierelement (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeisolierelement (5) als Struktur (6) ausgebildet ist, die Hohlräume (21) aufweist, welche durch tragende Strukturelemente (7) und stützende Strukturelemente (8) gebildet sind.The invention relates to a tool (1) for a device for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening with a mold element (3) having a mold surface (2), wherein at least a region (4) of the mold element (3) comprises a heat insulating element (3). 5), characterized in that the heat insulating element (5) is formed as a structure (6) having cavities (21) formed by supporting structural elements (7) and supporting structural elements (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für eine Vorrichtung zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen und/oder Presshärten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen und/oder Presshärten mit wenigstens einem solchen Werkzeug.The invention relates to a tool for a device for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus and a method for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening with at least one such tool.

Ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 114 691 A1 bekannt.A tool according to the preamble of claim 1 is for example from the DE 10 2011 114 691 A1 known.

Derartige Werkzeuge kommen in entsprechenden Vorrichtungen zum Warmumformen beziehungsweise Presshärten zum Einsatz. Bei derartigen Verfahren werden Metallbleche, vorzugsweise Stahlblechplatinen, in einer Wärmebehandlungsanlage erhitzt, anschließend heiß in die entsprechende Vorrichtung zum Warmumformen beziehungsweise Presshärten eingelegt und umgeformt. Noch während die Metallbleche in der Vorrichtung eingespannt sind, werden die so erzeugten Blechprofilbauteile während des Abkühlens gehärtet. Die Festigkeit der Bauteile wird durch dieses Vorgehen deutlich angehoben. Dabei ist der Wärmeübergang vom Metallblech zum Werkzeug ein entscheidender Parameter, wodurch in dem Metallblech ein sehr harter martensitischer Gefügezustand erreicht wird.Such tools are used in corresponding devices for hot forming or press hardening. In such processes, metal sheets, preferably sheet steel blanks, are heated in a heat treatment plant, then hot-laid in the corresponding apparatus for hot forming or press hardening and formed. Even while the metal sheets are clamped in the device, the sheet-metal profile components produced in this way are hardened during cooling. The strength of the components is significantly increased by this procedure. The heat transfer from the metal sheet to the tool is a crucial parameter, whereby a very hard martensitic microstructure state is achieved in the metal sheet.

Eine Erweiterung dieses Verfahrens ist das partielle Presshärten indem durch die Regelung des Wärmeübergangs vom Metallblech zum Werkzeug in ausgewählten Bereichen eine abweichende Festigkeit eingestellt wird. Die Regelung des Wärmeübergangs wird dabei mit lokal verbauten Werkzeugelementen, die beheizt und thermisch von der übrigen Peripherie des Werkzeuges isoliert sind, realisiert. Beispielhaft sei hierbei auf die DE 10 2005 018 240 A1 verwiesen, bei welcher zur thermischen Isolierung in bestimmten Bereichen Wärmeisolierelemente zum Einsatz kommen, welche diese Bereiche von der übrigen Peripherie des Werkzeuges thermisch trennt. Als Wärmeisolierelemente kommen dabei keramische Isoliermaterialien, Glasfasermaterialien, Isolierschichten aus Glimmer und auch Luftspalte zum Einsatz. Derartige Isoliereinsätze werden in den entsprechenden Werkzeugen eingebaut. Nachteilig bei den bekannten Wärmeisolierelementen ist allerdings deren geringe Festigkeit und auch der entsprechende Platzbedarf. Für den Einbau dieser Wärmeisolierelemente müssen nämlich entsprechende Vertiefungen, Nuten oder ähnliche Ausnehmungen in dem Werkzeug vorgesehen sein in welche diese dann eingesetzt beziehungsweise eingebaut werden können, wobei sie dann den Belastungen während des Warmumformens beziehungsweise Presshärtens oftmals nicht standhalten.An extension of this process is the partial press hardening by setting a different strength by controlling the heat transfer from the metal sheet to the tool in selected areas. The control of the heat transfer is realized with locally installed tool elements, which are heated and thermally insulated from the rest of the periphery of the tool. By way of example, let us look at the DE 10 2005 018 240 A1 referenced, in which for thermal insulation in certain areas heat insulating elements are used, which thermally separates these areas of the rest of the periphery of the tool. As thermal insulation elements ceramic insulating materials, glass fiber materials, insulating layers of mica and also air gaps are used. Insulating inserts of this kind are installed in the corresponding tools. However, a disadvantage of the known heat insulating elements is their low strength and also the corresponding space requirement. For the installation of these heat insulating elements namely appropriate recesses, grooves or similar recesses must be provided in the tool in which they can then be used or installed, and then they often do not withstand the stresses during hot forming or press hardening.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug für eine Vorrichtung zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen und/oder Presshärten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass bestimmte Bereiche des Werkzeuges thermisch besonders gut von den übrigen Bereichen getrennt werden können, wobei aber auch eine deutlich verbesserte Festigkeit und Stabilität des Wärmeisolierelementes unter den Belastungen während des Warmumformens beziehungsweise Presshärtens gegeben ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen beziehungsweise Presshärten mit einem derartigen Werkzeug zur Verfügung zu stellen, welche verbesserte Festigkeitswerte aufweist.It is therefore an object of the invention to develop a tool for a device for heat-based forming, in particular hot forming and / or press hardening according to the preamble of claim 1 such that certain areas of the tool can be thermally separated particularly well from the other areas, but also a significantly improved strength and stability of the heat insulating element under the loads during hot forming or press hardening is given. It is another object of the invention to provide a corresponding device and a corresponding method for thermally assisted forming, in particular hot forming or press hardening with such a tool having improved strength values.

Hinsichtlich des Werkzeuges wird diese Aufgabe gelöst durch ein Werkzeug mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges finden sich in den Unteransprüchen. Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 12. Verfahrensgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 13.With regard to the tool, this object is achieved by a tool with all features of claim 1. Advantageous embodiments of the tool according to the invention can be found in the subclaims. The object is achieved by a device with all features of claim 12. According to the method, the object is achieved by a method with all features of claim 13.

Das erfindungsgemäße Werkzeug für eine Vorrichtung zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen beziehungsweise Presshärten weist dabei ein Formelement mit einer Formfläche auf. Dabei ist zumindest ein Bereich des Formelementes mit einem Wärmeisolierelement versehen. Dabei ist dieses Wärmeisolierelement nunmehr als Struktur ausgebildet, das Hohlräume aufweist, welche durch tragende Strukturelemente und stützende Strukturelemente gebildet sind. In vorteilhafter Weise weist diese Struktur durch die mittels der tragenden und stützenden Strukturelemente gebildeten Hohlräume eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf als die übrigen Bereiche des Formelementes, sodass eine entsprechende Wärmeisolierung in diesem Bereich gegenüber dem weiteren Bereich des Werkzeuges beziehungsweise des Formelementes erzielt wird. Explizit heißt dies, dass mittels des Werkzeuges hergestellte Bauteile über die Kontaktierung des Bauteils mit der Formfläche in diesem Bereich während des wärmegestützten Umformens, insbesondere des Warmumformens und Presshärtens deutlich langsamer abkühlt als in den übrigen Bereichen, in welchen das Bauteil die Formfläche kontaktiert. Insofern stellt sich in dem Bauteil nunmehr an der Kontaktierungsfläche mit der Formfläche des Formelementes in dem Bereich, in dem die Struktur angeordnet ist, eine deutlich geringere Härte ein als in den übrigen Bereichen des Bauteils. Es ist somit mittels der Struktur des erfindungsgemäßen Werkzeuges ermöglicht, die Regelung des Wärmeübergangs vom herzustellenden Bauteil auf das Werkzeug exakt nach den Vorgaben einzustellen, wobei durch die Struktur eine deutlich verbesserte Festigkeit des Wärmeisolierelementes gegeben ist. Erfindungsgemäß ist es dabei bei Beibehaltung der erforderlichen Festigkeit und Stabilität der als Wärmeisolierelement ausgebildeten Struktur möglich, starke unterschiedliche Abkühlgradienten hinsichtlich einzelner Bereiche innerhalb des Formelementes während des Warmumformens beziehungsweise Presshärtens einzustellen, wobei sehr kleine Übergänge zwischen harten und weichen Zonen, auch innerhalb von weniger als 30 Millimetern, an ein und demselben Bauteil zu realisieren sind. Erfindungsgemäß sollen dabei unter dem Begriff Hohlräume alle Bereiche zwischen den Strukturelementen der Struktur verstanden werden, in denen Freiräume vorhanden sind. Dies bedeutet, dass nicht zwingend voneinander unabhängige Hohlräume bestehen müssen. Vielmehr können derartige Hohlräume auch fließend ineinander übergehen, beispielsweise zu Kanälen oder einem Kanalsystem. Insbesondere dabei kann die gesamte Struktur an die Topologie des herzustellenden Bauteils angepasst sein.The tool according to the invention for a device for heat-assisted forming, in particular hot forming or press hardening in this case has a shaped element with a forming surface. In this case, at least one region of the shaped element is provided with a heat insulating element. In this case, this Wärmeisolierelement is now formed as a structure having cavities, which are formed by supporting structural elements and supporting structural elements. By virtue of the cavities formed by the supporting and supporting structural elements, this structure advantageously has a significantly poorer thermal conductivity than the remaining regions of the molded element, so that a corresponding thermal insulation in this region is achieved with respect to the further region of the tool or of the molded element. Explicitly, this means that components produced by means of the tool via the contacting of the component with the forming surface in this area during the heat-assisted forming, in particular the hot forming and press hardening cools much slower than in the other areas in which the component contacts the forming surface. In this respect, a significantly lower hardness is now present in the component at the contacting surface with the molding surface of the mold element in the region in which the structure is arranged than in the other regions of the component. It is thus possible by means of the structure of the tool according to the invention, the control of the heat transfer from the component to be manufactured on the tool set exactly to the specifications, which is given by the structure significantly improved strength of the heat insulating. According to the invention, while maintaining the required strength and stability of the structure designed as a thermal insulating element, it is possible to set strong different cooling gradients with respect to individual regions within the molded element during hot forming or press hardening, with very small transitions between hard and soft zones, even within less than 30 Millimeters, to be realized on the same component. According to the invention, the term "cavities" is understood to mean all regions between the structural elements of the structure in which free spaces are present. This means that not necessarily independent cavities must exist. Rather, such cavities can also merge into each other, for example, to channels or a channel system. In particular, the entire structure can be adapted to the topology of the component to be produced.

Um eine derartige festigkeitserhaltende Struktur mit guten Wärmeisoliereigenschaften zu erzeugen, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens die Struktur des Formelementes als mittels eines generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellte Struktur ausgebildet ist, wobei das generative Fertigungsverfahren beziehungsweise dreidimensionale Druckverfahren insbesondere durch mehrlagiges Auftragen eines geschmolzenen Pulvers, insbesondere eines Eisenlegierungspulvers erfolgen kann, gegeben ist. Hierdurch können besonders stabile und hohe Festigkeit aufweisende Strukturen realisiert werden, wobei derartig hergestellte Strukturen sehr genau an gekrümmte Flächen der herzustellenden Bauteile angepasst werden, sodass auch hierdurch ein sehr homogener Kontaktdruck mit einem gleichmäßigen Temperaturverlauf des herzustellenden Bauteils erreicht wird. Durch ein derartiges Auftragen ist es auch möglich, die Struktur mit weiteren metallischen Elementen des Werkzeuges, beispielsweise des Formelementes metallurgisch beziehungsweise stoffschlüssig zu verbinden. Weiterhin kann dabei auch vorgesehen sein, dass innerhalb dieser Kanäle beziehungsweise Hohlräume der Struktur auch restliches Material in Form von Pulver oder dergleichen aus dem Ausgangsmaterial zur Herstellung der Struktur vorhanden ist. Dieses kann dann ebenfalls zur Wärmeisolation und wie die stützenden Strukturelemente selbst zur Abstützung der tragenden Strukturelemente der Struktur beitragen. Von Vorteil gegenüber konventionellen Wärmeisolierelementen ist erfindungsgemäß auch, dass dabei kein Anziehen von Feuchtigkeit aus der Umgebung oder während des Herstellungsprozesses auftritt und somit eine einheitliche konstante Wärmeisolierung mittels des Wärmeisolationselementes gegeben ist.In order to produce such a strength-maintaining structure with good heat insulating properties, it is provided according to the invention that at least the structure of the molded element is formed as a structure produced by a generative manufacturing process or three-dimensional printing process, the generative manufacturing process or three-dimensional printing process in particular by multilayer application of a molten Powder, in particular an iron alloy powder can be done, is given. As a result, structures which are particularly stable and have high strength can be realized, structures produced in this way being adapted very precisely to curved surfaces of the components to be produced, so that, as a result, a very homogeneous contact pressure with a uniform temperature profile of the component to be produced is achieved. By such an application, it is also possible metallurgically or materially to connect the structure with other metallic elements of the tool, for example, the mold element. Furthermore, it can also be provided that residual material in the form of powder or the like from the starting material for producing the structure is also present within these channels or cavities of the structure. This can then also contribute to the thermal insulation and how the supporting structural elements themselves contribute to the support of the structural elements of the structure. According to the invention, it is also advantageous over conventional thermal insulation elements that there is no attraction of moisture from the environment or during the production process and thus a uniform, constant heat insulation by means of the heat insulation element is provided.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die tragenden und stützenden Strukturelemente sich kreuzend oder windschief zueinander angeordnet, wobei die Hohlräume als Kanäle ausgebildet sind. Auch können einzelne Strukturelemente Verzweigungen oder Verdickungen, insbesondere über Ihre Längserstreckung, aufweisen. Hierdurch können innerhalb der Struktur nicht nur gute Wärmeisolationseigenschaften erzielt werden. Vielmehr ist es dadurch auch ermöglicht, dass durch die Strukturelemente auch Lastpfade gegeben sind, durch die bei der Herstellung der Bauteile auftretende Umformkräfte über die Struktur belastungsgerecht abgeleitet werden können und die Struktur dadurch weniger massiv ausgebildet sein kann.According to a first advantageous embodiment of the invention, the supporting and supporting structural elements are arranged crossing or skewed to each other, wherein the cavities are formed as channels. Also, individual structural elements may have branches or thickenings, in particular over their longitudinal extent. This not only good thermal insulation properties can be achieved within the structure. Rather, it is thereby also possible that load paths are also provided by the structural elements, by means of which deformation forces occurring in the production of the components can be dissipated via the structure in a manner that is load-bearing and the structure can thus be made less massive.

Besonderes vorteilhaft ist es dabei, dass die Struktur als Gitterstruktur, die tragenden Strukturelemente als vertikale Gitterstrukturelemente und die stützenden Strukturelemente als horizontale Gitterstrukturelemente ausgebildet sind. Hierdurch ist erreicht, dass die sich kreuzenden Strukturelemente senkrecht aufeinander stehen und somit eine besonders gute Stabilität und Festigkeit aufweisen, wobei die entsprechenden Hohlräume beziehungsweise ausgebildeten Kanäle zwischen ihnen eine maximale Querschnittsfläche aufweisen. Hierdurch wird nicht nur die Stabilität der Struktur erhöht, sondern durch die erhöhte Querschnittsfläche der Kanäle auch die Wärmeleitungseigenschaft der Struktur nochmals gesenkt. Hierdurch wird erreicht, dass die Wärmeisolationseigenschaft der Struktur nochmals erhöht wird und somit ebenfalls eine besonders gute Einstellung von harten und weichen Bereichen innerhalb des mit dem Werkzeug herzustellenden Bauteils erreicht wird. Allerdings ist es natürlich auch möglich, dass die Strukturelemente dabei in beliebiger Winkellage zueinander angeordnet sein können.It is particularly advantageous in this case that the structure is designed as a lattice structure, the load-bearing structural elements as vertical lattice structure elements and the supporting structural elements as horizontal lattice structure elements. This ensures that the intersecting structural elements are perpendicular to each other and thus have a particularly good stability and strength, wherein the corresponding cavities or channels formed between them have a maximum cross-sectional area. As a result, not only the stability of the structure is increased, but also lowered by the increased cross-sectional area of the channels and the heat conduction property of the structure again. This ensures that the heat-insulating property of the structure is increased again and thus also a particularly good setting of hard and soft areas within the component to be produced with the tool is achieved. However, it is of course also possible that the structural elements can be arranged in any desired angular position to each other.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Formelement außerhalb des die Struktur aufweisenden Bereiches wenigstens einen Bereich aufweist, welche mit wenigstens einem Kühlkanal versehen ist. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass das Abkühlen des Bauteils über den Kontakt mit der Formfläche des Formelementes in dem Bereich außerhalb des die Struktur aufweisenden Bereiches des Formteils deutlich beschleunigt werden kann, da mittels des wenigstens einen Kühlkanals thermische Energie deutlich schneller abgeführt werden kann. Insofern kann in diesen Bereichen eine deutlich bessere beziehungsweise erhöhte Festigkeit des Bauteils erzielt werden, als in dem Bereich, in dem es das Formteil im Bereich der Struktur kontaktiert. Durch das beschleunigte Abkühlen wird nämlich erreicht, dass sich ein sehr harter martensitischer Gefügezustand in dem Bauteil in den entsprechenden Bereichen einstellt.According to a further aspect of the invention, it is provided that the mold element outside the region having the structure has at least one region which is provided with at least one cooling channel. By means of this embodiment of the invention, it is possible for the cooling of the component to be significantly accelerated via the contact with the molding surface of the mold element in the region outside the region of the molding having the structure, since thermal energy is dissipated much more quickly by means of the at least one cooling channel can. In this respect, a significantly better or increased strength of the component can be achieved in these areas, as in the area in which it contacts the molded part in the region of the structure. By the accelerated cooling is namely achieved that a very hard martensitic microstructure state in the component in the corresponding areas.

Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, dass auch der wenigstens eine Bereich mit dem wenigstens einen Kühlkanal ebenfalls als mittels eines generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellten Bereich ausgebildet ist. Insofern kann für den Bereich mit wenigstens einem Kühlkanal ein entsprechendes Herstellungsverfahren wie für den Bereich der Struktur angewandt werden. Natürlich ist es auch denkbar, dass die gesamte Formfläche oder das gesamte Formelement, gegebenenfalls auch ein Formträger, auf dem es angeordnet ist, mittels eines derartigen generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt ist. Allerdings sind derartig hergestellte Formflächen beziehungsweise Formelemente und Formträger derzeit noch wirtschaftlicher nach konventionellen Verfahren herstellbar.It has also proven to be advantageous that also the at least one region with the at least one cooling channel is likewise formed as an area produced by means of a generative manufacturing process or three-dimensional printing process. In this respect, a corresponding manufacturing method as for the area of the structure can be used for the area with at least one cooling channel. Of course, it is also conceivable that the entire mold surface or the entire mold element, optionally also a mold carrier, on which it is arranged, is produced by means of such a generative manufacturing process or three-dimensional printing process. However, molding surfaces or mold elements and mold carriers produced in this way are currently even more economical to produce by conventional methods.

Damit ein Bauteil mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug hergestellt werden kann, bei dem besonders schmale Übergänge zwischen harten und weichen Bereichen erzielt werden können, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Bereich des Formelementes mit der Struktur zwischen der Struktur und der Formfläche ein Heizbereich mit wenigstens einem Heizelement vorgesehen ist. Hierdurch ist es ermöglicht, dass das herzustellende Bauteil im Bereich des Formelements mit der Struktur auf einer hohen Temperatur gehalten werden kann, sodass es in diesem Bereich weiche Eigenschaften behält, während es in den übrigen Bereichen, in welchen es die Formfläche des Formteils kontaktiert, deutlich schneller abkühlt und dort entsprechend harte martensitischer Gefügezustände erreicht.So that a component can be produced with the tool according to the invention, in which particularly narrow transitions between hard and soft regions can be achieved, it is provided according to a further embodiment of the invention that in the region of the mold element with the structure between the structure and the mold surface Heating area is provided with at least one heating element. This makes it possible that the component to be produced in the region of the molding element with the structure can be kept at a high temperature, so that it retains soft properties in this area, while it clearly in the other areas in which it contacts the molding surface of the molding cools faster and reached there correspondingly hard martensitic microstructure states.

Um die Übergänge zwischen den harten und weichen Bereichen des herzustellenden Bauteils nochmals zu minimieren, ist die Struktur derart ausgebildet, dass sie den Bereich mit dem wenigstens einen Heizelement von den anderen Bereichen des Formelementes, insbesondere dem wenigstens einen Bereich mit dem wenigstens einen Kühlelement voneinander trennt. Auch durch diese Maßnahme ist nochmals erreicht, dass das herzustellende Bauteil in dem Bereich, in dem es mit dem Bereich mit dem wenigstens einen Heizelementes über die Formfläche des Formelementes in Kontakt steht, deutlich langsamer abkühlt beziehungsweise auf einer entsprechend hohen Temperatur gehalten wird, sodass sehr fein definierte Übergänge zwischen harten und weichen Bereichen in dem herzustellenden Bauteil realisiert werden können. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Struktur U-förmig ausgebildet ist und das wenigstens eine Heizelement zwischen den beiden Schenkeln dieser U-Form angeordnet ist.In order to further minimize the transitions between the hard and soft regions of the component to be produced, the structure is designed such that it separates the region with the at least one heating element from the other regions of the molded element, in particular the at least one region with the at least one cooling element , Also by this measure is again achieved that the component to be manufactured in the area in which it is in contact with the area with the at least one heating element on the mold surface of the mold element, cooled much slower or maintained at a correspondingly high temperature, so very much finely defined transitions between hard and soft areas in the component to be produced can be realized. It is particularly advantageous if the structure is U-shaped and the at least one heating element between the two legs of this U-shape is arranged.

Hinsichtlich der Stabilität der Struktur hat es sich dabei als sinnvoll erwiesen, dass die tragenden Strukturelemente eine Dicke D und die stützenden Strukturelemente eine Dicke d aufweisen, wobei die Dicke D größer als die Dicke d ist. Die Struktur bietet dabei Widerstand gegen die während der Herstellung des Bauteils auftretenden vertikalen Kräfte und Presskräfte, wobei durch die horizontalen stützenden Strukturelemente nunmehr auch Querkräfte aufnehmbar sind. Die gesamte Struktur kann dabei unterschiedliche Größen aufweisen. Im Automotivebereich werden insbesondere Strukturen mit einer Breite zwischen 50 mm und 150 mm eingesetzt, wobei die Erfindung allerdings nicht hierauf beschränkt ist. Die einzelnen sich kreuzenden Strukturelemente der Struktur weisen dabei bevorzugt eine Dicke von 0,2 mm bis 5 mm und besonders bevorzugt eine freitragende Länge von 0,5 mm bis 10 mm auf.With regard to the stability of the structure, it has proven to be expedient for the load-bearing structural elements to have a thickness D and the supporting structural elements have a thickness d have, wherein the thickness D bigger than the thickness d is. The structure offers resistance to the vertical forces and pressing forces occurring during the production of the component, whereby transverse forces can now also be absorbed by the horizontal supporting structural elements. The entire structure can have different sizes. In the automotive sector, in particular structures with a width between 50 mm and 150 mm are used, but the invention is not limited thereto. The individual intersecting structural elements of the structure preferably have a thickness of 0.2 mm to 5 mm and particularly preferably a cantilevered length of 0.5 mm to 10 mm.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kanäle der Struktur offen ausgebildet sind, sodass ein Fluid, insbesondere ein flüssiges oder gasförmiges Medium durch sie hindurchgeführt werden kann. Allerdings ist es auch denkbar, dass die Kanäle der Struktur geschlossen, insbesondere vakuumdicht ausgebildet sind. Durch beide Maßnahmen ist es ermöglicht, die Wärmeisolationseigenschaften der Struktur entsprechend den gewünschten Eigenschaften besonders gut einstellen zu können.Furthermore, it has proven to be advantageous for the channels of the structure to be open, so that a fluid, in particular a liquid or gaseous medium, can be passed through it. However, it is also conceivable that the channels of the structure are closed, in particular vacuum-tight. Both measures make it possible to adjust the heat insulation properties of the structure according to the desired properties particularly well.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kühlkanäle innerhalb der Bereiche des Formelementes in einem Abstand von kleiner oder gleich 30 mm von der Formfläche entfernt sind und bevorzugt einen Querschnitt von kleiner 10 mm aufweisen, wobei besonders bevorzugt benachbarte Kühlkanäle in einem gegenseitigen Abstand von kleiner 100 mm angeordnet sein sollen.Furthermore, it has proved to be advantageous that the cooling channels are located within the regions of the mold element at a distance of less than or equal to 30 mm from the mold surface and preferably have a cross section of less than 10 mm, more preferably adjacent cooling channels at a mutual distance of less than 100 mm should be arranged.

Weiterhin sind im Querschnitt und/oder über die Kanallänge des Kühlkanals Strukturierungen zur Erzeugung von turbulenten Strömungen und/oder zur Erhöhung der Wärme abgebenden Oberfläche vorgesehen. Die Dicke der generativ hergestellten Struktur in den kühlbaren Bereichen beträgt bevorzugt maximal 20 % der Dicke des gesamten Werkzeuges, wobei diese Dicke bevorzugt aber zwischen 15 mm bis 75 mm beträgt.Furthermore, structures for generating turbulent flows and / or for increasing the heat-emitting surface are provided in cross-section and / or over the channel length of the cooling channel. The thickness of the generatively produced structure in the coolable regions is preferably at most 20% of the thickness of the entire tool, but this thickness is preferably between 15 mm to 75 mm.

Weiter kann es auch vorteilhaft sein, dass auch die Struktur von Kühlkanälen umgriffen beziehungsweise umgeben wird, um die in die Struktur eingebrachte Heizleistung abzuführen.Furthermore, it may also be advantageous that the structure of cooling channels is encompassed or surrounded in order to dissipate the heating power introduced into the structure.

Weiterhin selbstständig geschützt sein soll eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wärmegestützten Umformen, insbesondere Warmumformen und/oder Presshärten mit wenigstens einem Werkzeug, wie es zuvor beschrieben ist.Furthermore, to be independently protected is an apparatus and a method for thermally assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening with at least one tool, as described above.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Other objects, advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any meaningful combination form the subject matter of the present invention, also independent of their summary in the claims or their dependency.

Es zeigen:

1: zwei Ausführungsbeispiele von Formteilen eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,
2: ein Ausführungsbeispiel einer Struktur eines Formteils eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,
3: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,
4: eine Querschnittdarstellung der 3 entlang der Schnittfläche A-A,
5: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,
6: eine Querschnittdarstellung der 5 entlang der Schnittfläche B-B,
7. ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,
8: eine Querschnittdarstellung der 7 entlang der Schnittfläche C-C,
9: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges und
10: eine Schnittdarstellung der 9 entlang der Schnittfläche D-D,
11: ein Ausführungsbeispiel einer Struktur eines Formteils eines erfindungsgemäßen Werkzeuges, und
12: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Struktur eines Formteils eines erfindungsgemäßen Werkzeuges

Show it:

1 two embodiments of molded parts of a tool according to the invention,
2 FIG. 2: an exemplary embodiment of a structure of a molded part of a tool according to the invention, FIG.
3 : an embodiment of a tool according to the invention,
4 : a cross-sectional view of 3 along the section AA,
5 a further embodiment of a tool according to the invention,
6 : a cross-sectional view of 5 along the cut surface BB,
7 , a further embodiment of a tool according to the invention,
8th : a cross-sectional view of 7 along the cut surface CC,
9 a further embodiment of a tool according to the invention and
10 : a sectional view of the 9 along the cut surface DD,
11 an embodiment of a structure of a molded part of a tool according to the invention, and
12 : Another embodiment of a structure of a molded part of a tool according to the invention

In der 1 sind zwei Formelemente 3 von erfindungsgemäßen Werkzeugen dargestellt. Dabei ist das obere Formelement 3 für den Einsatz in einem Oberwerkzeug einer Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten vorgesehen, während das untere Formelement 3 zum Einsatz in einem Unterwerkzeug derselben Vorrichtung vorgesehen ist. Die beiden Formelemente 3 weisen dabei zueinander korrespondierende Formflächen 2 auf, zwischen denen ein Metallblech umgeformt beziehungsweise warmumgeformt und pressgehärtet werden kann, wenn die beiden Formelemente in entsprechende Unter- beziehungsweise Oberwerkzeuge einer Vorrichtung zum Warmumformen und Presshärten eingesetzt sind. Die Formelemente 3 weisen dabei jeweils einen Bereich 4 auf, in dem ein Wärmeisolierelement 5 in Form einer als Gitterstruktur ausgebildeten Struktur 6 angeordnet ist.In the 1 are two form elements 3 represented by tools according to the invention. Here is the upper mold element 3 intended for use in an upper tool of a device for hot working and / or press hardening, while the lower mold element 3 is intended for use in a lower tool of the same device. The two form elements 3 have corresponding mold surfaces 2 on, between which a metal sheet can be formed or hot-formed and press-hardened, when the two form elements are inserted into corresponding lower or upper tools of a device for hot forming and press hardening. The form elements 3 each have an area 4 in which a heat insulating element 5 in the form of a lattice structure 6 is arranged.

Ferner sind dabei zwischen der Struktur 6 und der Formfläche 2 des jeweiligen Formelementes 3 drei Heizelemente derart angeordnet, dass sie der Kontur der Formfläche 2 des jeweiligen Formelementes 3 angepasst sind. Die Heizelemente 13 dienen dazu, dass herzustellende Bauteil während des Warmumformens beziehungsweise Presshärtens gegenüber den hier nicht dargestellten weiteren Bereichen eines erfindungsgemäßen Werkzeuges auf erhöhter Temperatur zu halten, sodass das Bauteil in diesem Bereich, mit dem es den Bereich 4 des Formteils 3 kontaktiert, weichere Härteeigenschaften aufweist als in seinen übrigen Bereichen. Damit wird erreicht, dass das Metallblech in dem Bereich, in dem es den Bereich 4, in dem die Struktur 6 angeordnet ist, kontaktiert nicht so schnell während des Presshärtens abkühlt, wie in anderen Bereichen, in denen das Metallblech das Werkzeug kontaktiert. Insofern wird durch den Einsatz derartiger Formteile 3 in erfindungsgemäßen Werkzeugen ein partielles Presshärten, das heißt ein Abkühlen mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit realisiert.Furthermore, there are between the structure 6 and the molding surface 2 of the respective form element 3 three heating elements arranged so that they match the contour of the molding surface 2 of the respective form element 3 are adjusted. The heating elements 13 serve to keep the component to be manufactured during hot forming or press hardening relative to the not shown here further areas of a tool according to the invention at elevated temperature, so that the component in this area, with which it the area 4 of the molding 3 contacted, softer hardness properties than in its other areas. This will ensure that the metal sheet in the area where it is the area 4 in which the structure 6 is arranged, does not cool so quickly during the press-hardening cooling, as in other areas where the metal sheet contacts the tool. In this respect, by the use of such moldings 3 in molds according to the invention a partial press hardening, that is, a cooling realized with different cooling rate.

Die Struktur 6 ist dabei mittels eines generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise mittels eines dreidimensionalen Drucks durch Auftragen eines laseraufgeschmolzenen Eisenlegierungspulvers hergestellt. Hierdurch wird erreicht, dass die Struktur eine besonders gute Standfestigkeit aufweist, sodass sie beim Herstellen der Bauteile beim Einsatz des Werkzeuges in einer entsprechenden Vorrichtung zum Warmumformen beziehungsweise Presshärten keinen Schaden nimmt, da sie die auftretenden Kräfte durch ihre Struktur und Zusammensetzung besonders gut in das Werkzeug, in dem das Formteil 3 eingesetzt wird, abführen kann. Dabei ist es natürlich grundsätzlich auch möglich, dass nicht nur die Struktur 6 in einem derartigen generativen Fertigungsverfahren beziehungsweise auch in einem dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt wird, sondern das gesamte Formelement 3. Bevorzugt ist die Struktur 6 zusammen mit der Formfläche 2 generativ durch Drucken gefertigt.The structure 6 is manufactured by means of a generative manufacturing process or by means of a three-dimensional pressure by applying a laser-melted iron alloy powder. This ensures that the structure has a particularly good stability, so that it takes no damage during the manufacture of the components when using the tool in a corresponding device for hot forming or press hardening, since they are the forces occurring particularly well in the tool by their structure and composition in which the molding 3 is used, can dissipate. Of course it is also possible that not only the structure 6 is produced in such a generative manufacturing process or in a three-dimensional printing process, but the entire form element 3 , The structure is preferred 6 along with the molding surface 2 generatively produced by printing.

In der 2 ist nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer als Wärmeisolierelement 5 ausgebildeten Struktur 6 in Form einer Gitterstruktur gezeigt. Die Struktur 6 weist dabei vertikale als Gitterelemente ausgebildete Strukturelemente 7 auf, welche jeweils senkrecht auf horizontalen Gitterelementen ausgebildete Strukturelementen 8 stehen. Die horizontalen Strukturelemente 8 sind dabei mit einer Dicke d ausgebildet, die deutlich geringer ist als eine Dicke D, der vertikalen Strukturelemente 7. Dadurch, dass sich die vertikalen Strukturelemente 7 und die horizontalen Strukturelemente 8 kreuzen, sind Hohlräume 21, welche vorliegende als Kanäle 9 ausgebildet sind, gebildet, von denen hier beispielhaft nur drei mit Bezugszeichen angezogen sind. Die Kanäle 9 weisen dabei einen maximalen Querschnitt auf, da sich die vertikalen Strukturelemente 7 und die horizontalen Strukturelemente 8 in einem rechten Winkel kreuzen. Hierdurch ist erreicht, dass die Wärmeleitfähigkeit gegenüber den anderen Bereichen des Werkzeuges beziehungsweise Formteils 3, in welchem die Struktur 6 eingesetzt ist, deutlich reduziert ist. Hierdurch können die Bereiche eines Bauteils, welches beim Warmumformen beziehungsweise Presshärten die Formfläche 2 im Bereich 4 des Formelementes 3 kontaktieren, deutlich langsamer oder auch überhaupt nicht abkühlen, wenn entsprechende Heizelemente 13 eingesetzt werden. Somit wird ein Gefügezustand in diesem Bereich des Bauteils hergestellt, der deutlich weicher ist als der Gefügezustand in den Bereich des Bauteils, welches während der Umformung schnell abgekühlt wird.In the 2 is now an embodiment of a as a thermal insulation element 5 trained structure 6 shown in the form of a grid structure. The structure 6 has vertical structural elements formed as grid elements 7 on, which in each case perpendicular to horizontal grid elements formed structural elements 8th stand. The horizontal structural elements 8th are doing with a thickness d formed, which is significantly less than a thickness D , the vertical structural elements 7 , This causes the vertical structural elements 7 and the horizontal structural elements 8th intersect, are cavities 21 which present as channels 9 are formed, formed, of which only three by way of example are attracted by reference numerals. The channels 9 have a maximum cross-section, since the vertical structural elements 7 and the horizontal structural elements 8th cross at a right angle. This ensures that the thermal conductivity compared to the other areas of the tool or molding 3 in which the structure 6 is used, is significantly reduced. As a result, the areas of a component, which during hot forming or press hardening the molding surface 2 in the area 4 of the mold element 3 Contact, significantly slower or not cool at all, if appropriate heating elements 13 be used. Thus, a structural state is produced in this region of the component, which is much softer than the structural state in the region of the component, which is cooled rapidly during the forming.

In der 3 ist nunmehr ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges 1 dargestellt. Das Werkzeug 1 weist dabei vier Formelemente in Form von Werkzeugsegmenten 14, 15,16 und 17 auf, wobei das Werkzeug 1 vorliegend als Unterwerkzeug für eine Vorrichtung zum Warmumformen beziehungsweise Presshärten ausgebildet ist. Innerhalb des Segmentes 15 ist dabei eine als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 angeordnet, welche vorliegend wieder als Gitterstruktur ausgebildet ist.In the 3 is now a first embodiment of a tool 1 shown. The tool 1 has four form elements in the form of tool segments 14 . 15 . 16 and 17 on, with the tool 1 in the present case is designed as a lower tool for a device for hot forming or press hardening. Within the segment 15 is one as a heat insulating 5 trained structure 6 arranged, which in the present case is again designed as a lattice structure.

Hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten kommt daher noch ein hier nicht dargestelltes Oberwerkzeug zum Einsatz, welches mit dem Unterwerkzeug korrespondiert und vorzugsweise auch eine entsprechende der Struktur 6 des Unterwerkzeuges gegenüberliegendes Wärmeisolierelement, insbesondere eine entsprechende Struktur aufweist. Ein derartiges Oberwerkzeug kommt nicht nur bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten gemäß diesem Ausführungsbeispiel, sondern auch in allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Einsatz.With regard to a device according to the invention for hot forming and / or press hardening, therefore, an upper tool (not shown here) is used which corresponds with the lower tool and preferably also a corresponding one of the structure 6 of the lower tool opposite Wärmeisolierelement, in particular has a corresponding structure. Such an upper tool is used not only in a device according to the invention for hot forming and / or press hardening according to this embodiment, but also in all embodiments described below.

In der 4 ist nunmehr das Werkzeug 1 der 3 im Bereich des Werkzeugsegmentes 15 entlang der dortigen Querschnittsfläche A-A gezeigt. Weiterhin ist in dieser Darstellung auch ein Bauteil 18 gezeigt, welches mit dem entsprechend als Unterwerkzeug ausgebildeten Werkzeug 1 und einem dazu entsprechenden, hier nicht dargestellten Oberwerkzeugs, hergestellt werden kann.In the 4 is now the tool 1 of the 3 in the area of the tool segment 15 along the local cross-sectional area A - A shown. Furthermore, in this illustration, a component 18 shown, which with the corresponding tool designed as a lower tool 1 and a corresponding thereto, not shown upper tool, can be produced.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die als Wärmeisolierelement 5 ausgebildeten Struktur 6 als Formelement 3 ausgebildet. Das heißt, dass das gesamte Formelement 3 beziehungsweise die Gitterstruktur mittels eines generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt wurde, wobei dies insbesondere durch Auftragen eines durch Laser geschmolzenen Pulvers, insbesondere eines Eisenlegierungspulvers, realisiert wurde. Der Rest des Werkzeugsegmentes 15 ist konventionell hergestellt, wobei die Struktur 6 in einer entsprechenden Aufnahme des Werkzeugsegmentes 15 angeordnet ist. Das Werkzeugsegment 15 und das Formelement 3 beziehungsweise die Struktur 6 weisen dabei eine Formfläche 2 auf, die im Wesentlichen der Kontur des herzustellenden Bauteils 18 entspricht. Weiterhin weist das Werkzeugsegment 15 dabei einen Bereich 4 auf, in welchem im Bereich der Formfläche 2 die als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 angeordnet ist. Da das zu dem Bauteil 18 umgeformte Metallblech vor seiner Umformung und Härtung, das heißt vor der Einlage in die Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten, auf eine Temperatur von ca. 850 bis 950° Celsius aufgeheizt wurde und nunmehr im Bereich 4 des Formelements 3 eine entsprechende als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 angeordnet ist, wird das Bauteil 18 während des Umformprozesses in dem Bereich, in dem es den Bereich 4 des Formelementes 3 kontaktiert, deutlich langsamer abkühlen, als in den übrigen Bereichen des Werkzeugsegmentes 15. Zwischen Formfläche 2 und Gitterstruktur 6 ist in 4 ein Abstand A in Form einer dünnen Decklage dargestellt, welche wie die Struktur 6 gedruckt beziehungsweise generativ aufgetragen ausgebildet ist. Der Abstand beträgt 0 (Null) bis 10 Millimeter. Ohne Decklage, das heißt bei einem Abstand von Null hat das Bauteil direkten punktförmigen, linienartigen oder höchstens kleinflächigen Kontakt zur Struktur 6 und die Abkühlung wird in diesem Bereich 4 dadurch maximal verzögert. Insbesondere sind in einem Bereich 10 des Werkzeugsegmentes 15 noch Kühlkanäle 12 im Bereich der Formfläche 2 angeordnet, die beim Umformen und Presshärten das Bauteil 18 entsprechend schneller abkühlen lassen, sodass es in diesem Bereich einen martensitischen Gefügezustand erhält, der eine besonders hohe Härte aufweist. Durch die besondere Ausgestaltung des Wärmeisolierelementes 5 als struktur 6 kann diese sowohl vertikal als auch horizontal auftretende Kräfte während des Umformens des Bleches zu dem Bauteil 18 besonders gut aufnehmen und entsprechend abführen, ohne dass die Struktur 6 selbst dabei Schaden nimmt. Insofern weist die Struktur 6 eine entsprechend hohe Festigkeit bei besonders guten Wärmeisoliereigenschaften auf.In the present embodiment, as the Wärmeisolierelement 5 trained structure 6 as a form element 3 educated. That means that the entire form element 3 or the lattice structure was produced by means of a generative manufacturing process or three-dimensional printing process, this being realized in particular by applying a powder melted by laser, in particular an iron alloy powder. The rest of the tool segment 15 is conventionally produced, the structure 6 in a corresponding receptacle of the tool segment 15 is arranged. The tool segment 15 and the form element 3 or the structure 6 have a molding surface 2 on, which is essentially the contour of the component to be produced 18 equivalent. Furthermore, the tool segment 15 doing an area 4 on, in which in the area of the molding surface 2 as a heat insulating element 5 trained structure 6 is arranged. Because that's the part 18 deformed sheet metal before its transformation and hardening, that is, before being placed in the apparatus for hot working and / or press hardening, heated to a temperature of about 850 to 950 ° Celsius and now in the field 4 of the formula element 3 a corresponding as a thermal insulation element 5 trained structure 6 is arranged, the component becomes 18 during the forming process in the area where it is the area 4 of the mold element 3 contacted, cool much slower than in the other areas of the tool segment 15 , Between molding surface 2 and lattice structure 6 is in 4 a distance A in the form of a thin cover layer, which looks like the structure 6 printed or generatively applied is formed. The distance is 0 (zero) to 10 millimeters. Without a top layer, that is to say at a distance of zero, the component has direct point-like, line-like or at most small-area contact with the structure 6 and the cooling will be in this area 4 delayed by a maximum. In particular, are in one area 10 of the tool segment 15 still cooling channels 12 in the area of the molding surface 2 arranged during forming and press-hardening the component 18 allow it to cool down faster, so that it receives a martensitic microstructure in this area, which has a particularly high hardness. Due to the special design of the heat insulating element 5 as a structure 6, this can be both vertically and horizontally occurring forces during the forming of the sheet to the component 18 pick up particularly well and discharge accordingly, without affecting the structure 6 even taking damage. In that sense, the structure points 6 a correspondingly high strength with particularly good thermal insulation properties.

In der 5 ist nunmehr ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges 1 dargestellt. Auch dieses Werkzeug 1 besteht dabei aus vier verschiedenen Werkzeugsegmenten 14, 15, 16 und 17, wobei ebenfalls im Werkzeugsegment 15 hierbei eine als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 angeordnet ist, welche vorliegend wieder als Gitterstruktur ausgebildet ist.In the 5 is now a second embodiment of a tool according to the invention 1 shown. Also this tool 1 consists of four different tool segments 14 . 15 . 16 and 17 , where also in the tool segment 15 this one as a heat insulating 5 trained structure 6 is arranged, which in the present case is again formed as a grid structure.

6 zeigt das Werkzeug 1 der 5 in einer Querschnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B der 5 durch das Werkzeugsegment 15. Hierbei ist zu erkennen, dass das Werkzeugsegment 15 dabei ein zweigeteiltes Formelement 3 aufweist. Dabei ist der Bereich 4 des Werkzeugsegmentes 15 mit einem Formträger 20 versehen, auf dem das entsprechende Formelement 3 angeordnet ist. Der Formträger 20 ist konventionell als beziehungsweise oder aus einem Stahlblock hergestellt. Dieses Formelement 3 weist dabei die als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 sowie einen Heizbereich 19 auf, der zwischen der Gitterstruktur 6 und der Formfläche 2 des Formelementes 3 angeordnet ist. Dabei weist der Heizbereich 19 vier Heizelemente 13 auf, die an die Kontur der Formfläche 2 angepasst sein können. Ferner ist die Struktur 6 hierbei im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, um die Heizwirkung der Heizelemente 13 gegenüber den benachbarten Bereichen des Werkzeugsegmentes 15, insbesondere des Bereichs 10 des Werkzeugsegmentes 15 zu trennen. Die Heizelemente 13 sind nämlich zwischen den Schenkeln dieser U-Form angeordnet, wodurch eine besonders gute Trennung des Heizbereiches 19 beziehungsweise der Heizelemente 13 von den übrigen Bereichen des Werkzeugsegmentes 15 erreicht wird. Das Werkzeugsegment 15 weist in seinem Bereich 10 wiederum vier Kühlkanäle 12 auf, die an die Kontur der Formfläche 2 angepasst sind und somit ein beschleunigtes Abkühlen des Bauteils während des Warmumformens beziehungsweise Presshärtens des Metallbleches zu dem Bauteil 18 bewirken, wodurch es in einen sehr harten martensitischen Gefügezustand überführt wird. Zwischen dem beheizten Bereich 4 und dem gekühlten Bereich 10 ist aufgrund der Isolierwirkung der Struktur 6 kein zusätzlicher Isolierspalt erforderlich. 6 shows the tool 1 of the 5 in a cross-sectional view along the sectional plane BB of 5 through the tool segment 15 , It can be seen that the tool segment 15 while a two-part form element 3 having. This is the area 4 of the tool segment 15 with a mold carrier 20 provided on which the corresponding form element 3 is arranged. The mold carrier 20 is conventionally manufactured as or from a steel block. This form element 3 in this case has the as a thermal insulation element 5 trained structure 6 and a heating area 19 on that between the grid structure 6 and the molding surface 2 of the mold element 3 is arranged. In this case, the heating area 19 four heating elements 13 on, attached to the contour of the molding surface 2 can be adjusted. Further, the structure is 6 here substantially U-shaped, to the heating effect of the heating elements 13 opposite the adjacent regions of the tool segment 15 , in particular of the area 10 of the tool segment 15 to separate. The heating elements 13 Namely, are arranged between the legs of this U-shape, creating a particularly good separation of the heating area 19 or the heating elements 13 from the remaining areas of the tool segment 15 is reached. The tool segment 15 points in his area 10 again four cooling channels 12 on, attached to the contour of the molding surface 2 are adapted and thus an accelerated cooling of the component during the hot forming or press hardening of the metal sheet to the component 18 cause it to be transformed into a very hard martensitic microstructure state. Between the heated area 4 and the refrigerated area 10 is due to the insulating effect of the structure 6 no additional insulating gap required.

In der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges 1 dargestellt, das ebenfalls aus vier Werkzeugsegmenten 14, 15, 16 und 17 besteht. Allerdings weisen hierbei alle Werkzeugsegmente 14 bis 17 eine durchgehende als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 auf, welche vorliegend wieder als Gitterstruktur ausgebildet ist. Die Struktur 6 kann dabei anders als in der Ausführungsform in 7 in Draufsicht angedeutet, statt geradlinig auch einer gekrümmten Bauteilgeometrie folgend oder schlangenlinienförmig über die verschiedenen Segmente 14 bis 17 verlaufen.In the 7 is another embodiment of a tool according to the invention 1 shown, which also consists of four tool segments 14 . 15 . 16 and 17 consists. However, all tool segments have this 14 to 17 a continuous as a heat insulating element 5 trained structure 6 on, which in the present case is again designed as a lattice structure. The structure 6 can be different than in the embodiment in 7 indicated in plan view, instead of a straight line and a curved component geometry following or serpentine over the various segments 14 to 17 run.

Eine entsprechende Querschnittdarstellung entlang der Querschnittebene C-C durch das Werkzeugsegment 14 entsprechend der 7 ist in 8 dargestellt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass das Formelement 3 mit der Formfläche 2 über die gesamte Breite des Werkzeugsegmentes 15 ausgebildet und auf einem Formträger 20 angeordnet ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist das Formelement 3 einen Bereich 4 auf, in welchem eine als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 angeordnet ist. Auch diese Struktur 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, um den Bereich 4 beziehungsweise einen innerhalb der U-Form angeordneten Heizbereich 19 thermisch von den übrigen Bereichen 10 und 11 des Formteils 3 thermisch zu trennen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind zwischen der Struktur 6 des Bereiches 4 des Formelementes 3 hierbei in diesem Heizbereich 19 an die Kontur der Formfläche 2 angepasste Heizelemente 13 angeordnet. Durch diese Heizelemente 13 kann das Bauteil 18 während des Presshärtens in der entsprechenden Vorrichtung auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, sodass dort weichere Eigenschaften aufrecht erhalten werden als in den übrigen Bereichen des Bauteils 18. Damit die durch die Heizelemente 13 im Heizbereich 19 abgestrahlte thermische Energie nicht in die anderen benachbarten Bereiche 10 und 11 des Formteils 3 hineinstrahlen, ist die Struktur 6 auch hierbei U-förmig ausgebildet. Der Abstand A beträgt analog der Ausführungsform in 4 zwischen 0 und 20 Millimeter, bevorzugt 2 bis 10mm. Insbesondere weisen die Bereiche 10 und 11 des Formelementes 3 Kühlkanäle 12 auf, die ebenfalls an die Kontur der Formfläche 2 angepasst sind. Durch diese Kühlkanäle 12 kann während des Presshärtens und auch bereits während des Warmumformens Kühlmittel hindurchfließen, wodurch ein besonders schnelles Abkühlen des Bauteils 18 während des Presshärtens erreicht werden kann. Dadurch wird ermöglicht, dass das Bauteil 18 in diesen Bereichen einen sehr harten martensitischen Gefügezustand erreicht. Durch die besondere U-förmige Ausgestaltung der Struktur 6 wird dabei eine besonders gute Trennung der harten und weichen Bereiche des Bauteils 18 erreicht, wobei die Übergänge im Bauteil 18 im Falle von Stahlwerkstoff dann sehr klein, insbesondere kleiner 30 Millimeter gehalten werden können. Im Falle von Leichtmetall wird der Übergangsbereich wegen größerer Wärmeleitfähigkeit insbesondere kleiner 100 Millimeter.A corresponding cross-sectional view along the cross-sectional plane CC through the tool segment 14 according to the 7 is in 8th shown. It can be clearly seen that the form element 3 with the mold surface 2 over the entire width of the tool segment 15 trained and on a mold carrier 20 is arranged. Also in this embodiment, the mold element 3 an area 4 on, in which one as a heat insulating element 5 trained structure 6 is arranged. Also this structure 6 is in this embodiment substantially U-shaped to the area 4 or a heating area arranged within the U-shape 19 thermally from the remaining areas 10 and 11 of the molding 3 thermally to separate. Also in this embodiment are between the structure 6 of the area 4 of the mold element 3 here in this heating area 19 to the contour of the molding surface 2 adapted heating elements 13 arranged. Through these heating elements 13 can the component 18 be kept at an elevated temperature during the press-hardening in the corresponding device, so that softer properties are maintained there than in the remaining areas of the component 18 , So that through the heating elements 13 in the heating area 19 radiated thermal energy not in the other adjacent areas 10 and 11 of the molding 3 shining in, is the structure 6 also formed here U-shaped. The distance A is analogous to the embodiment in FIG 4 between 0 and 20 millimeters, preferably 2 to 10mm. In particular, the areas indicate 10 and 11 of the mold element 3 cooling channels 12 which also conform to the contour of the molding surface 2 are adjusted. Through these cooling channels 12 During the press hardening and even during the hot forming, coolant can flow through it, whereby a particularly rapid cooling of the component 18 can be achieved during press hardening. This will allow the component 18 reached in these areas a very hard martensitic microstructure state. Due to the special U-shaped configuration of the structure 6 This is a particularly good separation of the hard and soft areas of the component 18 achieved, with the transitions in the component 18 in the case of steel material then very small, in particular less than 30 millimeters can be kept. In the case of light metal, the transition region is due to greater thermal conductivity in particular less than 100 millimeters.

Auch das in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Formteil 3 kann dabei in einem einzigen Herstellungsschritt mittels eines generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise. dreidimensionalen Druckverfahrens zusammen mit der Struktur 6 hergestellt werden, insbesondere durch auftragen eines lasergeschmolzenen Pulvers, insbesondere eines Eisenlegierungspulvers.Also, the molded part shown in this embodiment 3 can in a single manufacturing step by means of a generative manufacturing process or. three-dimensional printing process together with the structure 6 in particular by applying a laser-melted powder, in particular an iron alloy powder.

In der 9 ist nunmehr ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges 1 mit vier Werkzeugsegmenten 14 bis 17 gezeigt. Dabei weist hier alleine das Werkzeugsegment 15 eine als Wärmeisolierelement 5 ausgebildete Struktur 6 auf, welche vorliegend wieder als Gitterstruktur ausgebildet ist.In the 9 is now a further embodiment of a tool 1 according to the invention with four tool segments 14 to 17 shown. Here alone has the tool segment 15 as a heat insulating element 5 trained structure 6 on, which in the present case is again designed as a lattice structure.

Die 10 zeigt einen Längsschnitt durch das Werkzeugsegment 15 des Werkzeuges 1 der 9 entlang der Schnittebene D-D. Wie der Darstellung der 10 zu entnehmen ist, entspricht dabei dieses Segment 15 in seinem Querschnitt der Darstellung der 8, welches den Querschnitt durch das Werkzeugsegment 14 der 7 zeigt. Durch diese Werkzeuggestaltung ist es möglich, Bauteile mit schmalen weichen Zonen beziehungsweise Streifen mit einer Zugfestigkeit zwischen 550 und 1100 MPa über dessen Bauteilbreite zu erzeugen bei ansonsten presshärtetypisch hoher Zugfestigkeit von größer 1300 MPa.The 10 shows a longitudinal section through the tool segment 15 of the tool 1 of the 9 along the cutting plane D - D , As the representation of 10 can be seen corresponds to this segment 15 in its cross section the representation of the 8th showing the cross section through the tool segment 14 of the 7 shows. By this tool design, it is possible to produce components with narrow soft zones or strips with a tensile strength between 550 and 1100 MPa over its component width with otherwise typical press-hardened high tensile strength of more than 1300 MPa.

11 und 12 zeigen alternative Ausführungsform einer Struktur für erfindungsgemäßes Werkzeug in jeweils stark vergrößerter Darstellung. Anders als die Ausführungsform als Gitterstruktur in 2 ist der Aufbau der Struktur 6 hier an die Bionik eines Knochens angelehnt. 11 and 12 show alternative embodiment of a structure for inventive tool in each case greatly enlarged representation. Unlike the embodiment as a grid structure in 2 is the structure of the structure 6 here based on the bionics of a bone.

In 11 sind die tragenden Strukturelemente 7 jeweils weitgehend geradlinig verlaufend und in ihrer Längserstreckung unterschiedlich dick ausgebildet. Die stützenden Strukturelemente 8 sind dagegen nicht linear angeordnet und ebenfalls unterschiedlich dick in ihrer Längserstreckung. Die Strukturelemente 7, 8 schließen hier Hohlräume ein, welche nicht als Kanäle 9 ausgebildet sind.In 11 are the load-bearing structural elements 7 each extending largely rectilinear and formed differently thick in their longitudinal extent. The supporting structural elements 8th On the other hand, they are not arranged linearly and likewise have different thicknesses in their longitudinal extent. The structural elements 7 . 8th include cavities here, which do not serve as channels 9 are formed.

In 12 sind die tragenden Strukturelemente 7 geradlinig ausgebildet und die stützenden Strukturelemente 8 sind bogenförmig angeordnet. Die Strukturelemente 7, 8 sind annähernd Überkreuz zueinander positioniert und derart gestaltet, dass eine von der Bildebene oben zentral eingeleitete umformbedingte oder anpressdruckbedingte Last sich nach unten ausbreitet und verteilt. Die Strukturelemente 7,8 schließen wiederum als Kanäle 9 ausgebildete Hohlräume ein.In 12 are the load-bearing structural elements 7 rectilinear design and the supporting structural elements 8th are arranged in an arc. The structural elements 7 . 8th are positioned approximately cross-over to each other and designed such that a deformed or pressure-induced load centrally introduced from the image plane above spreads and distributes downward. The structural elements 7,8 in turn close as channels 9 trained cavities.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: WerkzeugTool
22: Formflächeform surface
33: Formelementforming element
44: BereichArea
55: Wärmeisolierelementthermal insulating
66: Strukturstructure
77: Strukturelementstructural element
88th: Strukturelementstructural element
99: Kanalchannel
1010: BereichArea
1111: BereichArea
1212: Kühlkanalcooling channel
1313: Heizelementheating element
1414: Werkzeugsegmenttool segment
1515: Werkzeugsegmenttool segment
1616: Werkzeugsegmenttool segment
1717: Werkzeugsegmenttool segment
1818: Bauteilcomponent
1919: Heizbereichheating
2020: Formträgermold carrier
2121: Hohlraumcavity
AA: Abstanddistance
DD: Dickethickness
dd: Dickethickness

Claims

Tool (1) for a device for heat-assisted forming, in particular hot forming and / or press hardening, with a mold element (3) having a mold surface (2), wherein at least a region (4) of the mold element (3) comprises a heat insulating element (5) the heat insulating element (5) is formed as a structure (6) which has cavities (21) which are formed by supporting structural elements (7) and supporting structural elements (8), characterized in that at least the structure (6) of the shaped element (3 ) is formed as a structure produced by means of a generative manufacturing method or three-dimensional printing method (6).

Tool (1) after Claim 1 , characterized in that the supporting and supporting structural elements (7.8) are arranged crossing or skewed to each other and the cavities (21) are formed as channels (9).

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the structure (6) as a lattice structure, the supporting structure elements (7) as vertical lattice structure elements and the supporting structure elements (8) are formed as horizontal lattice structure elements.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the generative manufacturing method or three-dimensional printing process in particular by multilayer application of a molten powder, in particular an iron alloy powder, is given.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the mold element (3) outside of the structure (6) having region (4) at least one region (10, 11) which is provided with at least one cooling channel (12).

Tool after Claim 5 , characterized in that the at least one region (10, 11) with the at least one cooling channel (12) is likewise designed as a region (10, 11) produced by means of a generative manufacturing process or three-dimensional printing process.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that in the area (4) of the mold element (3) with the structure (6) between the structure (6) and the molding surface (2) a heating area (19) with at least one heating element (13). is provided.

Tool after Claim 7 , characterized in that the structure (6) is formed such that it with the at least one heating element (13) from the other regions of the mold element (3), in particular the at least one region (10, 11) with the at least one cooling channel (12), separates.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting structural elements (7) have a thickness D and the supporting structural elements (8) have a thickness d, where D> d.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (9) of the structure (6) are open, so that a fluid, in particular a liquid or gaseous medium can be passed through them.

Tool after one of Claims 1 to 9 , characterized in that the channels (9) of the structure (6) are closed, in particular vacuum-sealed.

Device for hot forming and / or press hardening of a sheet of steel or light metal with at least one tool according to one of Claims 1 to 11 ,

Method for producing the sheet metal component in a tool according to one of Claims 1 to 11 or a device according to Claim 12 by only press hardening of a hardenable steel sheet in sections or only in sections of thermoforming or semi-hot forming or quenching of a sheet, preferably an aluminum sheet.