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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau einer Metallform, die beim Heißpressformen zum Pressen eines erhitzten Werkstücks verwendet wird, während gleichzeitig das Werkstück gekühlt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Das Heißpressformen ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt (siehe beispielsweise PTL1). Bei diesem Heißpressformen wird ein Rohling bzw. Werkstück, beispielsweise eine Stahlplatte, die auf eine Temperatur, bei welcher eine austenitische Struktur auftritt, oder auf eine höhere Temperatur erhitzt wurde, unter Verwendung einer Pressmaschine mit einer daran montierten Metallform bzw. einem daran montierten Metallgesenk mit einem Obergesenk und einem Untergesenk gepresst, während gleichzeitig unter Ausnutzung einer Abkühlung aufgrund des Kontakts der Metallform mit dem Werkstück ein Abschrecken durchgeführt wird.
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DRUCKSCHRIFTEN AUS DEM STAND DER TECHNIK
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Patentschrifttum
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Bei einer herkömmlichen Metallform zum Heißpressen verursachen (Quetsch-)Falten aufgrund einer Form des geformten Produkts, der Herstellungsgenauigkeit der Metallform, einem Verzug der Metallform, einem Verzug der Pressmaschine oder dergleichen Unterschiede bei der Passform (der Enge der Passform) der geschlossenen Metallform und des Werkstücks zueinander. Als Ergebnis wird ein Spalt bzw. eine Lücke zwischen der Metallform und dem Rohling bzw. Werkstück gebildet, was eine gleichmäßige Kühlung des Werkstücks behindert.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallform zum Heißpressen zu schaffen, bei welcher die Ausbildung einer Lücke bzw. eines Spalts zwischen der Metallform und dem Werkstück unterdrückt und ein gleichmäßiger Kontakt zwischen der Metallform und dem Werkstück erreicht werden kann.
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Technische Lösungen
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Eine Metallform bzw. ein Metallgesenk zum Heißpressen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat: eine feststehende Form und eine bewegliche Form, welche derart angeordnet sind, dass die Formgebungsflächen der feststehenden Form und der beweglichen Form einander zugewandt sind. Die Metallform nimmt ein erhitztes Werkstück sandwichartig zwischen der feststehenden Form und der beweglichen Form auf, um das Werkstück zu pressen, während sie gleichzeitig das Werkstück kühlt, indem die Formgebungsflächen der feststehenden Form und der beweglichen Form mit der Oberfläche des Werkstücks in Kontakt gehalten werden. Eine Schicht aus einer Formgedächtnislegierung ist auf zumindest einem Abschnitt der Formgebungsfläche der feststehenden Form ausgebildet, an welchem die Passform des Formstücks während des Pressens eng ist.
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Vorzugsweise hat eine Produktform des Werkstücks einen hutförmigen Abschnitt in Längsrichtung und die Schicht aus einer Formgedächtnislegierung ist an jedem der Abschnitte der Formgebungsfläche der feststehenden Form ausgebildet, die einer Flanschfläche und einer Oberseite des hutförmigen Abschnitts der Produktform des Werkstücks entsprechen.
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Vorzugsweise besteht die Schicht aus einer Formgedächtnislegierung, die auf der Formgebungsfläche der feststehenden Form ausgebildet ist, aus einer superelastischen Legierung.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Mit der Metallform bzw. dem Metallgesenk zum Heißpressen gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bildung eines Spalts zwischen der Metallform und dem Rohling bzw. Werkstück unterdrückt und ein gleichmäßiger Kontakt zwischen der Metallform und dem Werkstück erreicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt eine Metallform bzw. ein Metallgesenk zum Heißpressen;
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2 zeigt ein Untergesenk bzw. eine untere Form mit einer Formgebungsfläche, die mit einer Formgedächtnislegierung ausgebildet ist;
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3 zeigt ein Heißpressen unter Verwendung der Metallform zum Heißpressen;
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4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Untergesenks bzw. einer unteren Form mit einer Formgebungsfläche, die mit einer Formgedächtnislegierung ausgebildet ist; und
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5 zeigt eine alternative Ausfürungsform einer Metallform zum Heißpressen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Metallform bzw. ein Metallgesenk 1 wird zum Heißpressen verwendet, um ein Heißpressen eines Werkstücks bzw. Rohlings 2 durchzuführen, um ein Produkt herzustellen. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Metallform bzw. das Metallgesenk 1 eine untere Form bzw. ein Untergesenk 10 und eine obere Form bzw. ein Obergesenk 20 und nimmt das Werkstück 2 sandwichartig zwischen dem Untergesenk 10 und dem Obergesenk 20 auf und presst selbiges, um dadurch das Werkstück 2 in eine vorgegebene Produktform zu formen.
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Das Werkstück 2 ist eine Stahlplatte und wird auf eine Temperatur, bei welcher eine austenitische Struktur auftritt, oder auf eine höhere Temperatur erhitzt und in die Metallform bzw. das Metallgesenk 1 gegeben. Das Werkstück 2 wird in dem Metallgesenk 1 in die Produktform gebracht und rasch gekühlt und abgeschreckt, indem es sandwichartig für eine bestimmte Zeit zwischen dem Untergesenk 10 und dem Obergesenk 20 gehalten wird.
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Das Werkstück 2 wird in die Produktform gebracht, die in Längsrichtung einen hutförmigen Abschnitt hat. Anders ausgedrückt hat die Produktform des Werkstücks 2 eine Flanschfläche und eine Oberseite, die orthogonal zur Pressrichtung des Metallgesenks 1 ausgebildete Flächen darstellen, sowie eine Wandfläche, welche die Flanschfläche und die Oberseite verbindet. Die Wandfläche der Produktform ist eine im wesentlichen parallel zu Pressrichtung des Metallgesenks 1 ausgebildete Fläche.
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Die Flanschfläche und die Oberseite sind nicht unbedingt als Flächen ausgebildet, die orthogonal zur Pressrichtung sind, sondern können auch als Flächen ausgebildet sein, die um einen gewissen Grad geneigt sind (z. B. Flächen, die um 30 Grad oder weniger hinsichtlich der Pressrichtung geneigt sind), und können als Flächen ausgebildet sein, die einen derartigen Neigungsgrad haben, dass das Produkt mit der Flanschfläche und der Oberseite mit dieser Neigung als ein Produkt mit einem allgemein hutförmigen Abschnitt verwendet werden kann.
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Das Untergesenk 10 ist als feststehende Form ausgebildet und an einer Bodenfläche oder dergleichen befestigt. Ein vorstehender Abschnitt, der in Richtung zum Obergesenk 20 vorsteht, ist am Untergesenk 10 ausgebildet, und das Untergesenk 10 ist als konvex nach oben orientierte Form ausgebildet.
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Das Obergesenk 20 ist als bewegliche Form ausgebildet. Das Obergesenk 20 wird von einer geeignete Pressmaschine getragen und ist in Bezug auf das Untergesenk 10 beweglich. Ein vertiefter Abschnitt, der mit dem vorstehenden Abschnitt des Untergesenks 10 übereinstimmt, ist im Obergesenk 20 ausgebildet und das Obergesenk 20 ist als konkave Form ausgebildet.
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Die Oberflächen des Untergesenks 10 und des Obergesenks 20, die aufeinander zugewandt sind, sind als Formgebungsflächen ausgebildet, und das Werkstück bzw. der Rohling 2 wird entsprechend der Form(en) der Formgebungsflächen geformt. Anders ausgedrückt haben das Untergesenk 10 und das Obergesenk 20 die Formgebungsflächen, die der Produktform des Werkstücks 2 entsprechen, und sind derart angeordnet, dass ihre Formgebungsflächen einander zugewandt sind.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Formgedächtnislegierungsschicht 30 auf der gesamten Formgebungsfläche des Untergesenks 10 ausgebildet.
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Die Formgedächtnislegierungsschicht 30 ist eine Legierungsschicht, die integral mit dem Untergesenk 10 durch Schweißen einer Formgedächtnislegierung auf die Oberfläche des Untergesenks 10 vermittels Laserschweißen oder dergleichen ausgebildet ist. Die Formgedächtnislegierungsschicht 30 ist derart ausgebildet, dass sie eine Dicke hat, welche die Formgebungsleistung des Metallgesenks 1 nicht beeinflusst.
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Als Formgedächtnislegierung zum Ausbilden der Formgedächtnislegierungsschicht 30 können allgemein Legierungen wie eine Ni-Ti-Legierung und eine Eisen-Formgedächtnislegierung verwendet werden. Gleichwohl muß die Formgedächtnislegierung, welche die Formgedächtnislegierungsschicht 30 bildet, einen Transformationspunkt erreichen, um zumindest beim Heißpressen des Werkstücks 2 unter Verwendung des Metallgesenks 1 eine Superelastizität zu zeigen.
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Die Formgedächtnislegierung hat hierbei, als Eigenschaft der die Formgedächtnislegierungsschicht 30 ausbildenden Formgedächtnislegierung, eine Zusammensetzung, die aufgrund des Wärmeübergangs vom Werkstück bzw. Rohling 2 im geschlossenen Zustand des Metallgesenks 1 leicht eine Formwiederherstellungstemperatur (z. B. nach wenigen Sekunden) erreichen kann, und ist darüber hinaus eine superelastische Legierung, deren Formwiederherstellungstemperatur niedriger als oder gleich der Raumtemperatur (etwa 20°C) ist.
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Bezug nehmend auf 3 wird nun beschrieben, wie die Formgedächtnislegierungsschicht 30 beim Heißpressen des Werkstücks 2 unter Verwendung des Metallgesenks 1 arbeitet.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird das Pressen des Werkstücks 2 gestartet, indem das Obergesenk 20 relativ zum Untergesenk 10 in einem Zustand bewegt wird, bei welchem das Werkstück 2 platziert ist. Dabei wird das Obergesenk 20 weiter bewegt, um schließlich einen unteren Totpunkt zu erreichen und für eine bestimmte Zeit in diesem Zustand gehalten.
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Zu diesem Zeitpunkt ist die Formgedächtnislegierungsschicht 30, die auf der Formgebungsfläche des Untergesenks 10 ausgebildet ist, aufgrund des Wärmeübergangs vom Werkstück 2 oder des Einstellens der Formwiederherstellungstemperatur superelastisch verformbar. Daher werden Abschnitte, bei welchen die Passform des Obergesenks 20 eng ist (Abschnitte, welche den Flächen entsprechen, die orthogonal zur Pressrichtung sind, d. h. eine Flanschfläche und eine Oberseite des Produkts), ansprechend auf die vom Obergesenk 20 und dem Werkstück 2 eingebrachte Druckkraft superelastisch verformt. An den Abschnitten, bei welchen die Passform eng ist, wird die Formgedächtnislegierungsschicht 30 superelastisch verformt, verzieht sich und fließt von einem Abschnitt, bei dem die Passform eng ist, zu einem Abschnitt, bei dem die Passform locker ist, um dadurch die Dicke des Abschnitts, an dem die Passform locker ist, zu erhöhen, so dass eine Presslast auf den Abschnitt aufgebracht werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann die superelastische Verformung der Formgedächtnislegierungsschicht 30 den Spalt zwischen dem Werkstück 2 und dem Untergesenk 10 absorbieren. Da ferner die Formgebungsfläche des Untergesenks 10 durch die Formgedächtnislegierungsschicht 30 verformt wird, verändert sich der Zustand, wie das Untergesenk 10 und das Obergesenk 20 aneinanderpassen, und die Passform des Werkstücks 2 und des Obergesenks 20 an einander wird ebenfalls verbessert. Als Ergebnis wird die Ausbildung eines Spalts zwischen dem Werkstück 2 und dem Obergesenk 20 weniger wahrscheinlich. Anders ausgedrückt wird es, durch das Ausbilden der Formgedächtnislegierungsschicht 30 auf der Formgebungsfläche des Untergesenks 10, möglich, das Ausbilden des Spalts zwischen dem Metallgesenk 1 und dem Werkstück 2 zu verhindern.
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Falls eine Produktform des Werkstücks 2 insbesondere einen hutförmigen Abschnitt hat, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, ist bekannt, dass wahrscheinlich Falten an Abschnitten, die stark gebogen werden sollen (z. B. Eckabschnitte), oder an Schrumpfflanschen auftreten. Selbst wenn eine Falte auf diese Weise auftritt, wird die Formgedächtnislegierungsschicht 30 superelastisch verformt und es gelangt ein Abschnitt der Formgebungsfläche des Untergesenks 10 in die Falte, um dadurch einen gleichmäßigen Kontakt zwischen dem Werkstück 2 und dem Metallgesenk 1 zu erzielen. Da ferner die Enge der Passform der Wandflächenabschnitte der Produktform des Werkstücks 2 erhöht werden kann, ist es möglich, die zum Kühlen des Werkstücks 2 benötigte Zeit zu verringern. Daher ist es möglich, bei dem Heißpressen des Werkstücks 2 mit dem Metallgesenk 1, eine Zykluszeit bzw. Durchlaufzeit zu verringern, während die Qualität sichergestellt werden kann.
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Nach dem Ende des Heißpressens durch das Metallgesenk 1 wird die Presslast durch das Obergesenk 20 gelöst. Darm kehrt die Formgedächtnislegierungsschicht 30 aufgrund der Superelastizität in ihre Ursprungsgestalt zurück.
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Wie in 4 gezeigt ist, kann die am Untergesenk 10 ausgebildete Formgedächtnislegierungsschicht 30 nur teilweise, statt vollständig, auf der Formgebungsfläche des Untergesenks 10 ausgebildet sein. Präzise gesprochen sind Formgedächtnislegierungsschichten 30 an den Abschnitten der Formgebungsfläche des Untergesenks 10 ausgebildet, bei denen die Passform des Obergesenks 20 eng ist, d. h. den Abschnitten, welche der Flanschfläche und der Oberseite der Produktform des Werkstücks 2 entsprechen. Als Ergebnis werden die Formgedächtnislegierungsschichten 30 superelastisch an den Abschnitten verformt, an denen die Passform des Obergesenks 20 eng ist, und das Obergesenk 20 zieht sich, um die Enge der Passform an den Wandflächenabschnitten, bei welchen die Passform locker ist, zu erhöhen. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Passform des Metallgesenks 1 und des Werkstücks 2 zu vereinheitlichen.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Kontakt zwischen dem Metallgesenk bzw. der Metallform 1 und dem Rohling bzw. Werkstück 2 durch Anordnen der Formgedächtnislegierungsschichten 30 zumindest an den Abschnitten der Formgebungsfläche des Untergesenks 10, bei denen die Passform eng ist (den Abschnitten, die orthogonal zur Pressrichtung sind) zu verbessern.
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Wie in 5 gezeigt ist, kann die Formgedächtnislegierungsschicht 30 auf der Formgebungsfläche des Obergesenks 20 sowie der Formgebungsfläche des Untergesenks 10 ausgebildet sein. Durch Ausbilden der Formgedächtnislegierungsschicht 30 auf der Formgebungsfläche des Obergesenks 20 ist es möglich, den Kontakt zwischen dem Metallgesenk 1 und dem Werkstück 2 weiter zu verbessern.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung kann bei einem Metallgesenk bzw. einer Metallform angewandt werden, das/die zum Heißpressformen zum Pressen eines erhitzen Werkstücks verwendet wird, während gleichzeitig das Werkstück gekühlt wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1: Metallform bzw. Metallgesenk (Metallform zum Heißpressen), 2: Werkstück, 10: Untergesenk bzw. untere Form, 20: Obergesenk bzw. obere Form, 30: Formgedächtnislegierungsschicht
