DE10332926A1

DE10332926A1 - Non-cutting forming tool for metal/non-metal materials has outer forming tool face consisting of first ceramic layer and second thinner ceramic layer with layers of fiber reinforcements

Info

Publication number: DE10332926A1
Application number: DE2003132926
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Schnaufer (BA); Thiemo Dipl.-Ing. Erb
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2003-07-19
Filing date: 2003-07-19
Publication date: 2005-03-03

Abstract

The tool esp. male mold (2) and/or bottom die (3), with an inner tool surface (9) and a forming outer tool surface of ceramic material. The outer surface is formed by at least two layers of ceramic materials. The first layer (10) is of pure ceramic material, the second outer layer (11) is of ceramic material with several imbedded layers of fiber reinforcement. The outer layer is thinner than the inner layer. The inner tool surface has parts (8) to connect it to a holder on a press component.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein spanlos formgebendes Werkzeugteil, insbesondere eine Patrize und/oder eine Matrize gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a non-cutting shaping tool part, in particular a male mold and / or a die according to the preamble of Claim 1.

Aus der US-PS 4 984 445 ist ein aus Gesenkoberteil und Gesenkunterteil bestehendes Schmiedegesenk für erschwert zu schmiedende warmfeste metallische Werkstoffe, wie beispielsweise Titanlegierungen oder Legierungen auf Nickelbasis, bekannt, welches sich zunächst grundsätzlich dadurch auszeichnet, dass es auf hohe Temperaturen hin aufheizbar ist und welches sich ferner dadurch auszeichnet, dass seine formgebenden Oberflächen aus einem Keramikmaterial bestehen. Die aus Keramikmaterial bestehenden und formgebende Oberflächen bildenden Teile des Schmiedegesenkes sind dabei in aus Metall bestehenden Haltern aufgenommen, welche ihrerseits mit Einrichtungen oder Mitteln zum Verbinden mit der zugehörigen Antriebseinheit des Gesenkes, Gesenkhammer oder dergl., versehen sind. Im Hinblick auf die zum Schmieden von warmfesten metallischen Materialien erforderlichen hohen Temperaturen der formgebenden Bereiche des Schmiedegesenkes ist nach der genannten US-PS 4 984 445 zusätzlich vorgesehen, dass die die formgebenden Oberflächen der Gesenkhälften bildenden und aus Keramikmaterial bestehenden Teile eines Gesenkes aus einer Anzahl von Einzelteilen, insbesondere Segmenten, bestehen, welche im kalten Zustand des Gesenkes einerseits untereinander und andererseits zu den zugehörigen Haltern wärmeausdenhnungsbedingte Formänderungen ausgleichende Spalträume einschließen.From the U.S. Patent 4,984,445 is a Gesenkoberteil and Gesenkunterteil existing forging die for difficult to forge heat resistant metallic materials, such as titanium alloys or nickel-based alloys, known, which is initially characterized in principle that it is heated to high temperatures and which is further characterized in that its forming surfaces made of a ceramic material. The consisting of ceramic material and shaping surfaces forming parts of the forging die are received in metal existing holders, which in turn are provided with means or means for connection to the associated drive unit of the die, die hammer or the like. In view of the high temperatures required for the forging of heat-resistant metallic materials of the forming areas of the forging die is mentioned after U.S. Patent 4,984,445 additionally provided that the parts of a die which form the molding surfaces of the die halves and consist of ceramic material consist of a number of individual parts, in particular segments, which in the cold state of the die include, among other things, heat-detriment-causing shape changes, compensating gap spaces with one another and with the associated holders.

Aus der EP-PS 0 146 024 ist ein Verfahren zum Verbinden eines aus einem nicht oxydischen Keramikmaterial, beispielsweise SiC, bestehenden Bauteiles mit einem aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, beispielsweise einem Crom-Molybdän-Srahl, bekannt, wobei angestrebt wird, das Keramikmaterial in einer solchen Weise dicht bzw. fest mit dem metallischen Werkstoff zu verbinden, dass unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Keramikmaterials und des metallischen Werkstoffes weitgehendst ausgeglichen und eventuelle, aus unterschiedlichen Wärmeausdehnungen einerseits des metallischen Werkstoffes und andererseits des Keramikmaterials resultierende Spannungen auf einen minimalen Betrag reduziert werden, derart, dass das Entstehen von Bruchlinien im Keramikmaterial ausgeschlossen ist.Out EP-PS 0 146 024 is a method for connecting one of a non-oxidic ceramic material, for example SiC, existing components with one of a metallic material, in particular steel, for example, a crom-molybdenum beam, wherein is sought, the ceramic material in such a way dense or firmly connect with the metallic material that different Thermal expansions of the Ceramic material and the metallic material largely balanced and eventual, from different thermal expansions on the one hand the metallic material and on the other hand the ceramic material resulting Voltages are reduced to a minimum amount such that the emergence of fault lines in the ceramic material excluded is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Werkzeugteil zur spanlos formgebenden Verformung von Werkstücken zu schaffen, welches sich bei geringem zusätzlichen Herstellungsaufwand durch eine Optimierung der Dauerstandsfestigkeit seiner formgebenden Oberfläche auszeichnet.Of the Invention is the object of a tool part for cutting to create shaping deformation of workpieces, which is with little additional Production costs by optimizing the creep rupture strength its shaping surface distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende vorteilhafte oder zweckmäßige Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by the achieved in claim 1 features. Further, the invention ausgestaltende advantageous or expedient measures are given in the dependent claims.

Einer der wesentlichsten Vorteile des erfindungsgemäßen Aufbaues eines Werkzeugteiles besteht zunächst darin, dass seine formgebende äußere Oberfläche mit einem geringstmöglichen Aufwand jedem jeweils zu bearbeitenden bzw. in eine bestimmte Form zu bringenden Ausgangsmaterial in der Weise angepasst werden kann, dass eine von den spezifischen Eigenschaften des jeweils zu bearbeitenden Materials unabhängige hohe Dauerstandsfestigkeit des Werkzeugteiles gewährleistet werden kann. Insbesondere eröffnet der schichtweise Aufbau der formgebenden Oberfläche des Werkzeugteiles eine einfache Möglichkeit zur wenig aufwendigen Anpassung der formgebenden Oberflächenfestigkeit des Werkzeugteiles an unterschiedliche, aus den speziellen Anforderungen der zu bearbeitenden Material resultierende mechanische oder thermische Eigenschaften.one the most significant advantages of the construction of a tool part according to the invention exists first in that its shaping outer surface with a lowest possible Each effort to be processed or in a specific form can be adapted to be brought starting material in the manner that one of the specific characteristics of each to be worked on Material independent high creep resistance of the tool part can be ensured can. In particular, opened the layered structure of the shaping surface of the tool part a easy way for less complex adaptation of the shaping surface strength of the tool part to different, from the special requirements the material to be machined resulting mechanical or thermal Properties.

Darüber hinaus sollte ein in der erfindungsgemäßen Weise aufgebautes Werkzeug auch zur formgebenden Bearbeitung von nichtmetallischen Werkstoffen eingesetzt werden können, insbesondere auch dann, wenn die beabsichtigte formgebende Bearbeitung nur unter wärmeisolierten oder sogar wärmezuführungsabgängigen Bedingungen ausgeführt werden kann.Furthermore should be one in the manner according to the invention Built-tool also for the shaping processing of non-metallic materials can be used especially if the intended shaping process only under heat insulated or even heat delivery-off conditions accomplished can be.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.The The invention is illustrated in the drawing with reference to an embodiment and explained in the following description.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Darstellung eines in einer Presse angeordneten, aus einer Patrize und einer Matrize bestehenden Werkzeugsatzes, 1 a schematic representation of a arranged in a press, consisting of a male and a die tool set,

2 eine Schnittdarstellung eines Patrizenwerkzeugteiles nach 1 im vergrößerten Maßstab und 2 a sectional view of a Patrizenwerkzeugteiles after 1 on an enlarged scale and

3 eine Grundrissdarstellung des Patrizenwerkzeugteiles nach 2. 3 a plan view of the Patrizenwerkzeugteiles after 2 ,

Die in der 1 dargestellte schematische Anordnung 1 eines zweiteiligen Werkzeugsatzes zur spanlos formgebenden Bearbeitung von vorzugsweise als Flachmaterial vorliegenden Ausgangs-Werkstücken umfasst in der Hauptsache ein als Patrize ausgebildetes erstes Werkzeugteil 2 und ein als Matrize 3 ausgebildetes zweites Werkzeugteil, zwischen welchen ein in der Zeichnung im Einzelnen nicht dargestelltes, als ebener Flachmaterialzuschnitt vorliegendes Werkstück eingefügt und durch eine Relativbewegung der Patrize 2 zur Matrize 3 verformt wird. Dabei ist das die Patrize 2 bildende Werkzeugteil zusammen mit einem Stempel 4 in Richtung der Werkzeugachse 5 hin – und herbeweglich in einem oberen Pressenteil 5 aufgenommen und geführt. Das die Matrize 3 bildende Werkzeugteil ist in einem unteren, feststehenden und eine Art Grundplatte 7 bildenden Pressenteil aufgenommen bzw. abgestützt. Wie sich aus der Darstellung der 1 des gezeigten Ausführungsbeispieles ergibt ist vorgesehen, dass das die Patrize 2 bildende Werkzeugteil als bewegliches Werkzeugteil relativ zu dem die Matrize 3 bildenden, feststehenden Werkzeugteil beweglich und ein in der Zeichnung im Einzelnen nicht gezeigtes Werkstück zwischen der Patrize 2 und der Matrize 3 eingespannt ist. Das die Patrize 2 bildende Werkzeugteil ist in der gezeigten Ausführungsform mit einer innenliegenden und mit Mitteln 8 zum Verbinden mit dem Stempel 4 ausgestatteten Werkzeuginnenfläche 9 bzw. einer tragenden Grundform aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ausgestattet.The in the 1 illustrated schematic arrangement 1 a two-part tool set for non-cutting shaping processing preferably present as a flat material output workpieces comprises in the main a trained as a male first tool part 2 and one as a template 3 trained second tool part, between which a not shown in the drawing in detail, as a flat flat material blank present workpiece inserted and by a relative movement of the male 2 to the matrix 3 is deformed. This is the patrix 2 forming tool part together with a stamp 4 in the direction of the tool axis 5 back and forth in an upper press part 5 recorded and conducted. The die 3 forming tool part is in a lower, fixed and a kind of base plate 7 forming pressing part received or supported. As can be seen from the presentation of 1 of the embodiment shown, it is provided that the male 2 forming tool part as a movable tool part relative to the die 3 forming stationary tool part movable and not shown in the drawing in detail workpiece between the male 2 and the matrix 3 is clamped. That's the patrix 2 forming tool part is in the embodiment shown with an internal and means 8th to connect with the stamp 4 equipped tool inner surface 9 or a supporting basic form of a fiber-reinforced plastic material.

Der in der Zeichnung, insbesondere der in der 2 dargestellte Aufbau des die Patrize 2 bildenden Werkzeugteiles umfasst eine auf der die Werkzeuginnenfläche 9 bildenden aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial bestehenden Grundform aufgebrachte bzw. fugenlos aufliegende erste Schicht 10 aus einem nicht faserverstärktem Keramikmaterial und wenigstens eine zweite, mit der ersten, aus einem nicht faserverstärktem Schicht 10 aus Keramikmaterial bestehenden Schicht 10 verbundene zweite und zugleich die formgebende Werkzeugoberfläche bildende Schicht 11 mit einem in das Keramikmaterial eingebetteten, in der Zeichnung im Einzelnen nicht dargestellten, Fasermaterial. Das in das Keramikmaterial eingebettete Fasermaterial kann in jeder verfügbaren Form, z.B. als Flies oder Matte und dergl. vorliegen. Ferner kann dabei die durch eingebettetes Fasermaterial gekennzeichnete zweite Schicht 11 der formgebenden Oberfläche des die Patrize 2 bildenden Werkzeugteiles mehrere Lagen in das Keramikmaterial eingebetteten Fasermaterials aufweisen.The in the drawing, especially in the 2 illustrated structure of the male 2 forming tool part includes one on the tool inner surface 9 forming applied from a fiber-reinforced plastic material basic form applied or seamlessly resting first layer 10 of a non-fiber reinforced ceramic material and at least a second, with the first, of a non-fiber reinforced layer 10 made of ceramic material layer 10 connected second and at the same time the forming tool surface forming layer 11 with a fiber material embedded in the ceramic material, not shown in detail in the drawing. The fibrous material embedded in the ceramic material may be in any available form such as a tile or mat and the like. Furthermore, in this case, the second layer characterized by embedded fiber material 11 the shaping surface of the patrix 2 forming tool part have a plurality of layers in the ceramic material embedded fiber material.

Claims

A chip-free forming tool part, in particular a male part and / or die, with a tool inner surface equipped with means for connection to the receptacle on a press part and a shape-generating tool outer surface made of a ceramic material, characterized in that the form-generating tool outer surface is formed by at least two superimposed layers ( 10 . 11 ) is formed of a ceramic material.

Tool part according to claim 1, characterized in that the shape-generating tool outer surface a first layer ( 10 ) of pure ceramic material and externally on this resting a second, outer layer ( 11 ) with fiber reinforcement embedded in the ceramic material.

Tool part according to claim 1 and 2, characterized in that the second, outer layer ( 11 ) of the shape-generating tool outer surface consists of several layers of fiber reinforcements embedded in the ceramic material.

Tool part according to Claims 1 to 3, characterized in that the material thickness of the layers forming the shape-generating tool outer surface ( 11 ) of fiber reinforcements embedded in the ceramic material is in total smaller than the material thickness of the underlying first layer ( 10 ) of a non-fiber reinforced ceramic material.

Tool part according to claim 1 to 4, characterized in that the means ( 8th ) for connecting to the receptacle on a press part equipped tool inner surface ( 9 ) consists of a fiber-reinforced plastic material.

Tool part according to claim 1 to 5, characterized that it is designed as a patrix and a circular floor plan shape having.