DE102021123111A1

DE102021123111A1 - Fließformwerkzeug zum Fließformen eines Werkstücks sowie Verfahren zum Fließformen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102021123111A1
Application number: DE102021123111.6A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Hermann
Original assignee: Westdeutscher Metall Handel GmbH
Current assignee: Westdeutscher Metall Handel GmbH
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2023-03-09
Also published as: EP4144458A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks (2, 2a, 2b), umfassend: eine Spitze (3, 3a, 3b) zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung (4, 4a, 4b), insbesondere eines Bohrlochs, in einem Werkstück (2, 2a, 2b), und einen Schaft (5, 5a, 5b), wobei sich die Spitze (3, 3a, 3b) und/oder der Schaft (5, 5a, 5b) entlang einer Längsachse (L) erstreckt. Um ein Fließformen von Werkstücken mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit geringem technischem Aufwand zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Fließformwerkzeug eine Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze (3, 3a, 3b) umfasst. Dargestellt und beschrieben ist zudem ein Verfahren zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks (2, 2a, 2b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fließformwerkzeug zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks, umfassend: eine Spitze zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung, insbesondere eines Bohrlochs, in einem Werkstück, und einen Schaft, wobei sich die Spitze und/oder der Schaft entlang einer Längsachse erstreckt.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkstücks, b) Bereitstellen eines Fließformwerkzeugs, umfassend: eine Spitze zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung, insbesondere eines Bohrlochs, in dem Werkstück, und eine Heizeinrichtung zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze, c) wenigstens abschnittsweises Aufheizen der Spitze durch die Heizeinrichtung, und d) Fließformen des Werkstücks mit der in Schritt c) wenigstens abschnittsweise aufgeheizten Spitze.
Das Fließformen ist ein Verfahren der Metallbearbeitung bei dem spanlos durch Plastifizierung das zu bearbeitende Material geformt wird. Beim Fließformen wird durch das Aufbringen von axialem Druck, also einer Krafteinwirkung entlang der Längsachse des Fließformwerkzeugs, und gleichzeitiger Rotation um die Längsachse des Fließformwerkzeugs Reibung zwischen der Spitze des Fließformwerkzeugs und dem Werkstück und damit lokal hohe Temperaturen erzeugt. In Verbindung mit der Kraftweinwirkung plastifiziert das Material des Werkstücks und wird verdrängt. Das verdrängte Material wird beim Vortrieb der Spitze des Fließformwerkzeugs beispielsweise in Form einer Buchse oder Ausstülpung ausgeformt beziehungsweise aus dem Werkstück ausgezogen. Es entsteht somit eine Vertiefung in dem Werkstück.
Werden durch das Verfahren Bohrlöcher geformt, spricht man insbesondere vom Fließbohren.
Vorrichtungen und Verfahren zum Fließformen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2019 113 820 A1 .
Bei Werkstücken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ist der Einsatz der bekannten Fließformwerkzeuge und Verfahren zum Fließformen jedoch mit hohem technischem Aufwand verbunden. Beim Fließformen von Werkstücken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise bei Werkstücken aus Aluminium, wird die durch die Reibung erzeugte Wärme wieder schnell von dem Werkstück abgeleitet. Um ausreichend hohe Temperaturen beim Fließformen zu erreichen, müssen an solchen Werkstück daher weitaus höhere Drehzahlen eingesetzt und zudem der axial aufgebrachte Druck deutlich erhöht werden. Oft sind Drehzahlen von über 14000 1/min sowie Antriebsleistungen von 3 bis 4 kW nötig. Die hierfür benötigten Maschinen sind jedoch sehr schwer, groß und teuer sowie in der Regel nicht mobil.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Fließformwerkzeug sowie das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Verfahren zum Fließformen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein Fließformen von Werkstücken mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit geringem technischen Aufwand erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird bei dem Fließformwerkzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass das Fließformwerkzeug eine Heizeinrichtung zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze umfasst.
Diese Aufgabe wird zudem bei dem Verfahren zum Fließformen nach dem Patentanspruch 7 durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Fließformwerkzeug handelt es sich um ein Fließformwerkzeug zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks. Das Fließformwerkzeug kann dabei insbesondere ein Fließbohrer sein.
Das Fließformwerkzeug umfasst dabei eine Spitze zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung, insbesondere eines Bohrlochs, in einem Werkstück. Die Spitze ist vorzugsweise im Wesentlichen kegelförmig ausgestaltet.
Das Fließformwerkzeug umfasst zudem einen Schaft. Der Schaft ist unter anderem dafür vorgesehen in einer Werkzeugaufnahme aufgenommen zu werden. Der Schaft ist vorteilhafterweise im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. Der Schaft des Fließformwerkzeugs kann zudem länger sein als die Spitze des Fließformwerkzeugs.
Der Schaft und/oder die Spitze bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl, weiter insbesondere Edelstahl. Der Schaft und die Spitze sind miteinander verbunden. Der Schaft und die Spitze können dabei einstückig gefertigt sein oder aus separaten Elementen gefertigt sein. Bei einer Fertigung aus separaten Elementen sind die Spitze und der Schaft vorzugsweise miteinander verschweißt.
Darüber hinaus ist das Fließformwerkzeug derart ausgestaltet, dass sich die Spitze und/oder der Schaft entlang einer Längsachse erstrecken. Bei der Längsachse handelt es sich insbesondere um die Rotationsachse, um die die Spitze und/oder der Schaft beim Fließformen rotieren. Entlang der Längsachse kann beim Fließformen auch der axiale Druck aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können der Schaft und/oder die Spitze innen wenigstens abschnittsweise hohl ausgestaltet sein. Der Schaft und/oder die Spitze können also wenigstens abschnittsweise einen Hohlraum aufweisen. Der Hohlraum erstreckt sich dabei vorteilhafterweise im Wesentlichen entlang der Längsachse. Der Hohlraum ist insbesondere durchgängig ausgestaltet. Ferner ist es von Vorteil, wenn der Schaft und/oder die Spitze im Wesentlichen konzentrisch zu der Längsachse angeordnet sind. Der Schaft und/oder die Spitze können insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse ausgestaltet sein.
Das Fließformwerkzeug umfasst zudem eine Heizeinrichtung zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass ohne großen technischen Aufwand die Temperaturen erreicht werden, die für das Fließbohren von sehr wärmeleitfähigen Werkstoffen benötigt werden. Infolgedessen kann für das Fließbohren beispielsweise eine handelsübliche Handbohrmaschine eingesetzt werden. Die Heizeinrichtung kann zudem zum im Wesentlichen vollständigen Aufheizen der Spitze vorgesehen sein.
Durch die Heizeinrichtung ist vorzugsweise nicht nur die Spitze wenigstens abschnittsweise aufheizbar, sondern auch wenigstens abschnittsweise der Schaft aufheizbar. Die Heizeinrichtung kann außerdem derart ausgestaltet sein, dass die Spitze und/oder der Schaft durch die Heizeinrichtung wenigstens abschnittsweise auf wenigstens 450 °C, vorzugsweise auf wenigstens 500 °C, insbesondere auf wenigstens 550 °C, weitere insbesondere auf wenigstens 560 °C, aufheizbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizeinrichtung derart ausgestaltet sein, dass die Spitze durch die Heizeinrichtung im Wesentlichen vollständig auf wenigstens 450 °C, vorzugsweise auf wenigstens 500 °C, insbesondere auf wenigstens 550 °C, weitere insbesondere auf wenigstens 560 °C, aufheizbar ist.
Eine erste Ausführungsform des Fließformwerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinrichtung ein Induktionselement und/oder ein Heizelement umfasst. Durch ein Induktionselement ist das Fließformwerkzeug wenigstens abschnittsweise kontaktlos aufheizbar. Ein Heizelement ermöglicht wiederum ein aufheizbares Fließformwerkzeug bereitzustellen, welches kostengünstig ist. Die Heizeinrichtung kann dabei auch wenigstens zwei Induktionselemente und/oder wenigstens zwei Heizelemente umfassen.
Bei einem Induktionselement erfolgt das wenigstens abschnittsweise Aufheizen der Spitze des Fließformwerkzeugs mittels elektromagnetischer Induktion. Hierbei wird elektrische Leistung, vorzugsweise in Form eines magnetischen Wechselfeldes, insbesondere an die Spitze und/oder den Schaft übertragen. Die elektrische Leistung wird dann vorzugsweise aufgrund von induzierten Wirbelströmen und Ummagnetisierungsverlusten in der Spitze und/oder dem Schaft in Wärme umgewandelt.
Bei einem Heizelement wird vorzugsweise Wärme an die Spitze und/oder den Schaft übertragen. Bei dem Heizelement handelt es sich vorteilhafterweise um ein elektrisches Heizelement. Hierbei wird elektrische Energie durch das Heizelement in Wärme umgewandelt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Fließformwerkzeugs ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Spitze und/oder innerhalb des Schafts angeordnet ist und/oder dass die Heizeinrichtung außerhalb der Spitze und/oder außerhalb des Schafts angeordnet ist. Wenn die Heizeinrichtung innerhalb der Spitze und/oder innerhalb des Schafts angeordnet ist, kann ein besonders kompakt ausgestaltetes Fließformwerkzeug bereitgestellt werden. Zudem kann ein besonders effektives Aufheizen erreicht werden, da die aufzuheizenden Bereiche des Fließformwerkzeugs das Heizelement wenigstens abschnittsweise umgeben. Wenn die Heizeinrichtung außerhalb der Spitze und/oder außerhalb des Schafts angeordnet ist, kann ein konstruktiv einfach ausgestaltetes sowie stabiles Fließformwerkzeug bereitgestellt werden. Das Heizelement muss dann nämlich nicht in einem beengten Hohlraum in der Spitze und/oder dem Schaft angeordnet werden. Zudem kann das Fließformwerkzeug ohne Hohlraum in der Spitze und/oder in dem Schaft ausgestaltet sein. Wenn die Heizeinrichtung wiederum innerhalb und außerhalb der Spitze und/oder des Schafts angeordnet ist, kann wiederum ein schnelles Aufheizen erreicht werden, da ein Aufheizen aus verschiedenen Richtungen erfolgt.
Wenn die Heizeinrichtung außerhalb der Spitze und/oder außerhalb des Schafts angeordnet ist, kann die Heizeinrichtung insbesondere ein Induktionselement umfassen, welches als Induktionsspule ausgestaltet ist. Die Induktionsspule kann dann vorteilhafterweise zumindest beim wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze wenigstens abschnittsweise die Spitze und/oder wenigstens abschnittsweise den Schaft umgeben.
Wenn die Heizeinrichtung innerhalb der Spitze und/oder innerhalb des Schafts angeordnet ist, kann das Fließformwerkzeug einen Schleifring und/oder eine Bürste, auch Kohlebürste genannt, umfassen. Hierdurch wird auch bei einer Rotation der Spitze und/oder des Schafts eine zuverlässige elektrische Leistungsübertragung an das Heizelement ermöglicht. Der Schleifring und/oder die Bürste kann dabei an dem Schaft des Fließformwerkzeugs angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fließformwerkzeugs ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung die Spitze und/oder den Schaft kontaktiert und/oder dass die Heizeinrichtung von der Spitze und/oder von dem Schaft beabstandet ist. Wenn die Heizeinrichtung die Spitze und/oder den Schaft kontaktiert, kann auf konstruktiv einfache sowie kostengünstige Weise die Spitze des Fließformwerkzeuges wenigstens abschnittsweise aufgeheizt werden. Wenn die die Heizeinrichtung von der Spitze und/oder von dem Schaft beabstandet ist, kann wiederum die Lebensdauer der Heizeinrichtung erhöht werden. Die Heizeinrichtung muss dann beim Fließformen nicht mit der Spitze und/oder mit dem Schaft mitrotieren und unterliegt somit kaum bis gar keinem Verschleiß durch Reibung.
Wenn die Heizeinrichtung von der Spitze und/oder von dem Schaft beabstandet ist, kontaktiert die Heizeinrichtung die Spitze und/oder den Schaft nicht. Vorteilhafterweise kann es vorgesehen sein, dass ein Heizelement der Heizeinrichtung die Spitze und/oder den Schaft kontaktiert. Das Heizelement kann dabei in einem Hohlraum in der Spitze und/oder in einem Hohlraum in dem Schaft angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Induktionselement der Heizeinrichtung von der Spitze und/oder von dem Schaft beabstandet ist. Das Induktionselement kann dabei innerhalb der Spitze und/oder innerhalb des Schafts angeordnet sein. Das Induktionselement kann jedoch auch alternativ oder zusätzlich außerhalb der Spitze und/oder außerhalb des Schafts angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung des Fließformwerkzeugs ist vorgesehen, dass sich die Spitze und/oder der Schaft, vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig, um die Längsachse herum erstreckt. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßig geformte Vertiefung beim Fließformen gebildet werden. Der Schaft und/oder die Spitze können dabei im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse ausgestaltet sein.
Eine weitere Ausführung des Fließformwerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaft einen, vorzugsweise umlaufenden, Kragen umfasst. Durch einen entsprechenden Kragen kann das beim Fließformen plastifizierte Material des Werkstücks auf der Oberfläche des Werkstücks verdrängt bzw. von der Oberfläche des Werkstücks entfernt werden.
Der Kragen ist bei einer umlaufenden Ausgestaltung insbesondere umlaufend zu dem Schaft und/oder umlaufend zu der Längsachse ausgestaltet. Der Kragen kann zudem wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise relativ zu der Längsachse, breiter ausgestaltet sein als der Schaft.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks.
Das Verfahren umfasst dabei den Schritt a) Bereitstellen eines Werkstücks. Das Werkstück kann dabei beispielsweise aus Aluminium bestehen.
Das Verfahren umfasst zudem den Schritt b) Bereitstellen eines Fließformwerkzeugs, umfassend: eine Spitze zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung, insbesondere eines Bohrlochs, in dem Werkstück, und eine Heizeinrichtung zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze. Das Fließformwerkzeug kann zudem einen Schaft umfassen. Hierbei ist es von Vorteil, wenn sich die Spitze und/oder der Schaft entlang einer Längsachse erstreckt. Das Fließformwerkzeug kann zudem ein Fließbohrer sein.
Ferner umfasst das Verfahren den Schritt c) wenigstens abschnittsweises Aufheizen der Spitze durch die Heizeinrichtung. Hierdurch kann auch bei Werkstücken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit mit geringem technischem Aufwand eine Vertiefung in das Werkstück fließgeformt werden. Im Schritt c) kann auch der Schaft wenigstens abschnittsweise durch die Heizeinrichtung aufgeheizt werden. Das Aufheizen in Schritt c) kann dabei insbesondere durch ein Induktionselement und/oder ein Heizelement erfolgen.
Das Verfahren umfasst außerdem den Schritt d) Fließformen des Werkstücks mit der in Schritt c) wenigstens abschnittsweise aufgeheizten Spitze. Hierbei muss das Fließformen nicht alleine durch die wenigstens abschnittsweise aufgeheizte Spitze erfolgen, sondern im Schritt d) kann das Fließformen beispielsweise auch durch den, vorzugsweise in Schritt c) wenigstens abschnittsweise aufgeheizten, Schaft erfolgen. Während des Schritts d) rotieren vorteilhafterweisen die Spitze und/oder der Schaft, vorzugsweise um die Längsachse. Während des Schritts d) wird außerdem die Spitze und/oder der Schaft, vorzugsweise im Wesentlichen entlang der Längsachse, mit Druck beaufschlagt und/oder entlang der Längsachse bewegt. Vorzugsweise wird während dem Schritt d) die Spitze und/oder der Schaft relativ zu dem Werkstück, insbesondere wenigstens abschnittsweise durch das Werkstück, bewegt.
Bei dem Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schritt a) und/oder der Schritt b) vor dem Schritt c) und/oder vor dem Schritt d) erfolgt.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in Schritt b) ein Fließformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bereitgestellt wird. Durch ein entsprechendes Fließformwerkzeug kann ein besonders effektives Fließformen, insbesondere bei Werkstücken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, erreicht werden.
Gemäß einer weitere Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt c) die Spitze wenigstens abschnittsweise auf eine Temperatur von wenigstens 450 °C, vorzugsweise von wenigstens 500 °C, insbesondere von wenigstens 550 °C, weitere insbesondere von wenigstens 560 °C, aufgeheizt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Fleißformen von Werkstücken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eine ausreichend hohe Temperatur erreicht wird. Die Spitze kann zudem in Schritt c) im Wesentlichen vollständig auf eine Temperatur von wenigstens 450 °C, vorzugsweise von wenigstens 500 °C, insbesondere von wenigstens 550 °C, weitere insbesondere von wenigstens 560 °C, aufgeheizt werden.
Es kann zudem alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass in Schritt c) der Schaft wenigstens abschnittsweise auf eine Temperatur von wenigstens 450 °C, vorzugsweise von wenigstens 500 °C, insbesondere von wenigstens 550 °C, weitere insbesondere von wenigstens 560 °C, aufgeheizt wird. Beim Fließformen von tieferen Vertiefungen kann hierdurch sichergestellt werden, dass das beim Fließformen plastifizierte Material nicht zu schnell wieder erstarrt und beispielsweise an dem Fließformwerkzeug anhaftet.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Schritt c) wenigstens zeitweise vor dem Schritt d) erfolgt und/oder dass der Schritt c) wenigstens zeitweise während des Schritt d) erfolgt. Wenn der Schritt c) wenigstens zeitweise vor dem Schritt d) erfolgt, wird sichergestellt, dass insbesondere die Spitze eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um ein Werkstück mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu bearbeiten. Erfolgt der Schritt c) wenigstens zeitweise während des Schritts d) wird sichergestellt, dass insbesondere die Spitze während des Fließformens im Wesentlichen durchgängig eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um Werkstücke mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu bearbeiten. Zudem kann ein Anhaften von plastifiziertem Material vermieden werden.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Schritt c) im Wesentlichen vollständig vor dem Schritt d) erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1: eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fließformwerkzeugs in einer geschnittenen Vorderansicht,
2: eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fließformwerkzeugs in einer geschnittenen Vorderansicht,
3A: eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fließformwerkzeugs in einer Vorderansicht, und
3B: das Fließformwerkzeug aus 3A in einer Vorderansicht während des Fließformens.

1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Fließformwerkzeugs 1 in einer geschnittenen Vorderansicht. Das Fließformwerkzeug 1 ist dabei abschnittsweise in ein Werkstück 2 eingedrungen, welches durch das Fließformwerkzeug 1 bearbeitet wird. Das Fließformwerkzeug 1 umfasst eine Spitze 3 zum Fließformen einer Vertiefung 4 in dem Werkstück 2. Die Spitze 3 ist vorliegend kegelförmig ausgestaltet. Das Fließformwerkzeug 1 umfasst zudem einen Schaft 5. Der Schaft 5 ist zylinderförmig ausgestaltet. Bei der vorliegenden Ausgestaltung des Fließformwerkzeugs 1 sind die Spitze 3 und der Schaft 5 einstückig ausgestaltet. Die Spitze 3 und der Schaft 5 erstrecken sich zudem entlang einer Längsachse L und sind konzentrisch zueinander und zu der Längsachse L ausgestaltet.
Beim Fließformen werden die Spitze 3 und der Schaft 5 in Rotation gebracht und werden mit axialem Druck beaufschlagt. Die Rotation erfolgt dabei um die Längsachse L, der axiale Druck wird wiederum entlang der Längsachse L aufgebracht. Durch die Rotation und die gleichzeitige axiale Druckbeaufschlagung entsteht im Kontakt zwischen dem Fließformwerkzeug 1, insbesondere der Spitze 3, und dem Werkstück 2 Reibung. Diese Reibung führt wiederum zu lokal hohen Temperaturen. In Verbindung mit der Krafteinwirkung plastifiziert das Material des Werkstücks 2 und wird verdrängt. Infolgedessen entsteht eine Vertiefung 4 in dem Werkstück 2. Das plastifizierte Material des Werkstücks 2 wird dabei auf der Unterseite U des Werkstücks 2 zu einer Ausstülpung 13 bzw. Buchse ausgeformt.
Der Schaft 5 des Fließformwerkzeugs 1 umfasst bei der Ausführungsform der 1 zudem einen Kragen 6 zum Verdrängen bzw. Entfernen von Material auf der Oberfläche des Werkstücks 2. Bei dem zu verdrängenden bzw. zu entfernenden Material handelt es sich um Material, welches beim Fließformen des Werkstücks 2 plastifiziert wurde. Das Material wird dabei auf der Oberseite O des Werkstücks 2 verdrängt bzw. entfernt.
Um insbesondere bei Werkstücken 2 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit das Fließformen mit geringem technischem Aufwand durchzuführen, umfasst das Fließformwerkzeug 1 eine Heizeinrichtung 7. Durch die Heizeinrichtung 7 wird die Spitze 3 des Fließformwerkzeugs 1 aufgeheizt, ebenso kann auch der Schaft 5 durch die Heizeinrichtung 7 aufgeheizt werden. Das Aufheizen kann dabei vor dem Beginn des Fließformens, aber alternativ oder zusätzlich auch während des Fließformens erfolgen. Das Aufheizen wird bei der vorliegenden Heizeinrichtung 7 durch ein Heizelement 8 bewirkt. Das Heizelement 8 ist dabei in einem Hohlraum 9 vorgesehen, wobei sich der Hohlraum 9 in der Spitze 3 und dem Schaft 5 erstreckt. Das Heizelement 8 kontaktiert den Schaft 5 und die Spitze 3 von innen.
Um das Heizelement 8 mit Strom zu versorgen, verläuft in dem Hohlraum 9 ein Kabel 10. Damit sich das Kabel 10 bei der Rotation der Spitze 3 und des Schafts 5 nicht verdrillt, ist außerdem ein Schleifring 11 an dem Schaft 5 angeordnet. Hierdurch wird eine zuverlässige Stromversorgung des Heizelements 8 gewährleistet.
In 2. ist eine zweite Ausgestaltung eines Fließformwerkzeugs 1a in einer geschnittenen Vorderansicht gezeigt. Das Fließformwerkzeug 1a der 2 unterscheidet sich von dem Fließformwerkzeug 1 der 1 lediglich in der Heizeinrichtung 7a. Die Heizeinrichtung 7a umfasst bei dieser Ausgestaltung ein Induktionselement 12a. Das Induktionselement 12a ist dabei von der Spitze 3a und dem Schaft 5a beabstandet. Hierdurch kann ein kontaktloses Aufheizen der Spitze 3a und/oder des Schafts 5a erfolgen. In der 2 ist zwar kein Schleifring 11 dargestellt, jedoch kann ein Schleifring auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein.
In 3A ist eine dritte Ausgestaltung eines Fließformwerkzeugs 1b in einer geschnittenen Vorderansicht gezeigt. Das Fließformwerkzeug 1b der 3A unterscheidet sich von dem Fließformwerkzeug 1 der 1 und von dem Fließformwerkzeug 1a der 2 unter anderem darin, dass die Heizeinrichtung 7b außerhalb der Spitze 3b und außerhalb des Schafts 5b angeordnet ist. Die Spitze 3b und der Schaft 5b brauchen in diesem Fall innen nicht hohl ausgestaltet sein. Die Heizeinrichtung 7b umfasst bei der in 3A gezeigten Ausführungsform ein Induktionselement 12b. Das Induktionselement 12b ist als Induktionsspule ausgestaltet und um den Schaft 5b bzw. um die Spitze 3b herum angeordnet. Hierdurch kann auf konstruktiv einfache Weise ein kontaktloses Aufheizen erfolgen.
3B zeigt das Fließformwerkzeug 1b aus 3A in einer Vorderansicht während des Fließformens. Das Fließformwerkzeug 1b ist dabei bereits in das Werkstück 2b eingedrungen und hat eine Vertiefung 4b in dem Werkstück 2b gebildet. Die Spitze 3b bzw. der Schaft 5b sind beim Fließformen durch das Induktionselement 12b der Heizeinrichtung 7b hindurch bewegt worden. Um das Hindurchbewegen durch das Induktionselement 12b zu vereinfachen, umfasst der Schaft 5b bei dieser Ausführungsform keinen Kragen. Es ist jedoch auch möglich bei dieser Ausführungsform einen Kragen vorzusehen, in diesem Fall muss das Induktionselement 12b jedoch einen größeren Durchmesser aufweisen.
Ein Aufheizen kann bei der in 3A bzw. 3B gezeigten Ausführungsform wie bei den Ausführungsformen der 1 und 2 vor dem Fließformen sowie alternativ oder zusätzlich während des Fließformens erfolgen. Zwar wird bei dem Fließformwerkzeug 1b der 3A bzw. 3B während des Fließformens im Wesentlichen der Schaft 5b aufgeheizt, aufgrund von Wärmeleitung wird jedoch auch weiterhin die Spitze 3b aufgeheizt.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: Fließformwerkzeug
2, 2a, 2b: Werkstück
3, 3a, 3b: Spitze
4, 4a, 4b: Vertiefung
5, 5a, 5b: Schaft
6,6a: Kragen
7, 7a, 7b: Heizeinrichtung
8: Heizelement
9,9a: Hohlraum
10, 10a, 10b: Kabel
11: Schleifring
12a, 12b: Induktionselement
13, 13a, 13b: Ausstülpung
L: Längsachse
O: Oberseite des Werkstücks
U: Unterseite des Werkstücks

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019113820 A1 [0005]

Claims

Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks (2, 2a, 2b), umfassend: - eine Spitze (3, 3a, 3b) zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung (4, 4a, 4b), insbesondere eines Bohrlochs, in einem Werkstück (2, 2a, 2b), und - einen Schaft (5, 5a, 5b), - wobei sich die Spitze (3, 3a, 3b) und/oder der Schaft (5, 5a, 5b) entlang einer Längsachse (L) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließformwerkzeug eine Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze (3, 3a, 3b) umfasst.
Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) ein Induktionselement (12a, 12b) und/oder ein Heizelement (8) umfasst.
Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) innerhalb der Spitze (3, 3a, 3b) und/oder innerhalb des Schafts (5, 5a, 5b) angeordnet ist und/oder dass die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) außerhalb der Spitze (3, 3a, 3b) und/oder außerhalb des Schafts (5, 5a, 5b) angeordnet ist.
Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) die Spitze (3, 3a, 3b) und/oder den Schaft (5, 5a, 5b) kontaktiert und/oder dass die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) von der Spitze (3, 3a, 3b) und/oder von dem Schaft (5, 5a, 5b) beabstandet ist.
Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spitze (3, 3a, 3b) und/oder der Schaft (5, 5a, 5b), vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig, um die Längsachse (L) herum erstreckt.
Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5, 5a, 5b) einen, vorzugsweise umlaufenden, Kragen (6, 6a) umfasst.
Verfahren zum Fließformen, insbesondere Fließbohren, eines Werkstücks (2, 2a, 2b), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkstücks (2, 2a, 2b), b) Bereitstellen eines Fließformwerkzeugs (1, 1a, 1b), umfassend: - eine Spitze (3, 3a, 3b) zum Fließformen, insbesondere zum Fließbohren, einer Vertiefung (4, 4a, 4b), insbesondere eines Bohrlochs, in dem Werkstück (2, 2a, 2b), und - eine Heizeinrichtung (7, 7a, 7b) zum wenigstens abschnittsweisen Aufheizen der Spitze(3, 3a, 3b), c) wenigstens abschnittsweises Aufheizen der Spitze (3, 3a, 3b) durch die Heizeinrichtung (7, 7a, 7b), und d) Fließformen des Werkstücks (2, 2a, 2b) mit der in Schritt c) wenigstens abschnittsweise aufgeheizten Spitze (3, 3a, 3b).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Fließformwerkzeug (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Spitze (3, 3a, 3b) wenigstens abschnittsweise auf eine Temperatur von wenigstens 450 °C, vorzugsweise von wenigstens 500 °C, insbesondere von wenigstens 550 °C, weitere insbesondere von wenigstens 560 °C, aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) wenigstens zeitweise vor dem Schritt d) erfolgt und/oder dass der Schritt c) wenigstens zeitweise während des Schritt d) erfolgt.