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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung zusammengehöriger Patrizen
und Matrizen als Preßwerkzeuge für die Herstellung von tiefgezogenen Gegenständen
auf einer Presse Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
zusammengehöriger Patrizen und Matrizen als Preßwerkzeuge für die Herstellung von
tiefgezogenen Gegenständen auf einer Presse, wobei die Preßwerkzeuge aus leicht
schmelzbaren Metallegierungen gegossen werden.
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Es ist bekannt, die zusammengehörigen Patrizen und Matrizen als Preßwerkzeuge
für die Herstellung von tiefgezogenen Gegenständen aus Blech einzeln herzustellen.
Diese Arbeit wird von gelernten Werkzeugschlossern. in der Werkzeugschlosserei verrichtet.
Dadurch entsteht ein großer technischer Aufwand.
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Um diesen Aufwand zu verringern, ist ein Verfahren zur Herstellung
von Preßformen zum Prägen von Metallblech bekannt, bei dem auf ein als Modell dienerndes,
durch Treiben oder Prägen in plastische Form gearbeitetes Metallblech zuerst von
der einen und sodann von der anderen Seite eine an sich bekannte breiartige, langsam
erhärtende Masse aus Gips, Kreide, Kaolin mit Tischlerleim und Glyzerin od. dgl.
aufgegossen und anschließend die Masse während ihres Erstarrens zu wiederholten
Malen oder stetig einem zunehmenden Druck ausgesetzt wird. Auf diese Weise entstehen
plastisch genaue Abdrücke des Modells, wobei infolge des wiederholten bzw. stetig
während dies Erstarrens ausgeübten Preßd,ruckes ein Schwinden der Masse ausgeschlossen
ist. Die solcherart hergestellten Preßformen können ohne weiteres zum Prägen von
Metallblechen verwendet werden.
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Es ist auch schon bekannt, Werkzeuge für die spanlose Formgebung von
Blech durch Gießen von Metall, beispielsweise Magnesium oder Wismutlegierungen,
herzustellen. Eine dieser Legierungen besteht aus 50% Wismut, 13,311/o Zinn, 10%
Kadmium und 26,7 % Blei. Sie hat sich als die geeignetste dieser Legierungen erwiesen
für das Gießen von Matrizen, die zur Verformung von Blechteilen dienen, wegen der
eigentümlichen Volumenvergrößerung beim Erstarren und vorteilhaften Verhalten beim
Unterkühlen. Die Herstellung dieser Weichmetallmatrizen ist jedoch umständlich und
aufwendig. Zuerst muß ein Modell des zu formenden Teils hergestellt werden. Vom
Modell wird dann ein Gips- oder Tonabguß gemacht, der überhitzt wird, um jede Feuchtigkeit
auszutreiben. Dann wird die geschmolzene Legierung in den Gips- oder Tonabguß gebracht,
um die eine Hälfte der Matrizen zu bekommen. Ein Aluminiumstück von der Dicke des
zu formenden Teils wird dann auf die Matrizenfläche gelegt und in die der Matrize
entsprechende Form gebracht, indem es durch einen schweren Gummistempel in diese
Form gepreßt wird. Der so geformte Aluminiumteil wird auf der matrizenoberfläche
belassen, um als Trennwand zu wirken, wenn die aridere Hälfte der Matrize gegossen
wird, und dient außerdem zur Wärmeableitung, wenn das flüssige Metall gegossen wird.
Nach dem Gießen dieses Matrizenteils auf den ersten Teil werden die Außenseiten
der Matrize plan gedreht, um absolut parallele Paßflächen zu bekommen. Die Möglichkeit,
die Matrizen plan zu drehen, während sie zusammen sind, gestattet dann eine rasche
und exakte Justierung der beiden Matrizenteile, wenn sie in der Presse befestigt
werden. Nach dem Trennen der beiden Teile der Matrize werden die Oberflächen von
Hand geglättet. Gußfehler und Gußblasen werden einfach mit einem Lötkolben und einem
Stück der Legierung ausgebessert. Die Oberfläche wird durch Schmirgeln geglättet,
bis die genaue gewünschte Form erreicht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung zusammengehöriger Patrizen und Matrizen als Preßwerkzeuge für die
Herstellung von tiefgezogenen Gegenständen auf einer Presse zu schaffen, mit dem
die Preßwerkzeuge ohne den Einsatz gelernter Werkzeugmacher mit einem geringen technischen
Aufwand hergestellt und ohne großen Zeitaufwand in die Presse eingesetzt werden
können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Patrize und
die Matrize des Preßwerkzeuges unter Verwendung eines perforierten Modells in der
Anordnung ihrer Arbeitsstellung in der Presse gleichzeitig hergestellt werden. Der
dadurch erzielbare technische Fortschritt beruht auf den Vorteilen, daß die Preßwerkzeuge
auf
einfache und wenig aufwendige Art hergestellt werden, weil die hohen Kosten für
einen gelernten Werkzeugschlosser eingespart werden, und daß keine Zeit aufgewendet
werden muß, um die Werkzeuge in ihre richtigen Arbeitsstellungen in der Presse einzurichten.
Dadurch wird eine erhebliche Ersparnis gegenüber den bekannten Verfahren :erzielt.
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Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
weist die Presse eine Preßplatte mit einem Anker für die zu gießende Patrize und
eine Tragplatte für das perforierte Modell auf. Dadurch ist es möglich, Patrize
und Matrize immer wieder in die gleiche Stellung zueinander zu bringen. Zweckmäßig
ist der Anker mit Bohrungen für Heiz-oder Kühlflüssigkeit versehen. Um die Schmelze
nach Einleiten der Abkühlung unter Druck setzen zu können, ist in der Schmelze eine
aufblasbare Hülle vorgesehen.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist zum Unterdrucksetzen
der sich abkühlenden Schmelze in ihr ein nach dem Boden des Schmelztiegels hin offener
Behälter mit einer undurchlässigen oberen Wand und mehreren Öffnungen in seinen
Stirnwänden unmittelbar über dem Boden vorgesehen, wobei der obere Teil des Behälterinnenraumes
mit einer Leitung für ein Druckmittel verbunden ist.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist in der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt F i
g. 1 einen Querschnitt durch die Presse bei eingesetztem Modell und erstarrter Legierung,
F ig. 2 den Querschnitt nach F i g. 1 bei hochgefahrener Patrize und entferntem
Modell und F i g. 3 den Querschnitt nach F i g. 2 ohne Patrize und mit einer abgewandelten
Vorrichtung zum Unterdrucksetzen der Schmelze.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an einer hydraulischen Presse
erläutert, auf der ein Preßwerkzeug hergestellt wird, das aus einer Patrize T und
einer Matrize TI besteht, die zum Tiefziehen der Lamellen von Kühlern für Kraftfahrzeuge
dienen. Es wird eine besonders gut schmelzende Wismutlegierung im Schmelztiegel
der Presse benutzt. Diese Legierung setzt sich aus 50% Wismut, 26,7% Blei, 13,311/a
Zinn und 10% Kadmium zusammen. Sie hat eine Schmelz- und eine Fließtemperatur von
jeweils 70° C, eine über 50,8 mm bei langsamer Belastung gemessene Dehnung von 200
%, eine Brinellhärte von 9,2, im flüssigen und im festen Aggregatzustand eine spezifische
Wärme von annähernd 0,0040 und einen Wärmedehnungskoeffizienten von annähernd 22
- 10-s/° C.
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Die hydraulische Presse besteht aus einem Ständer 10 mit einem Untersatz
12, auf dem -ein kastenförmiger Schmelztiegel 13 für die geschmolzene Wismut
legierung ruht. Der Schmelztiegel 13 besteht aus einem Außenbehälter mit Seitenwänden
15, die mit einer Isolierung 17 ausgekleidet sind, und einem Innenbehälter 18. Der
Boden 19 des Außenbehälters besteht aus wärmeisolierendem Werkstoff und ist unmittelbar
an dem Untersatz befestigt. Der Boden des Innenbehälters 18, in dem sich die Wismutlegierung
A befindet, besteht aus einer Platte 20 aus Flußstahl, die an dem Boden 19 befestigt
ist. Die Innenseite der Oberkante des Außenbehälters ist mit einem Streifen 21 aus
Metall verkleidet, der über die Oberkante des Außenbehälters nach außen und unten
abgebogen ist. Die Oberkante des Innenbehälters 18 wird von einem waagerecht angeordneten
Flansch 22 bedeckt, der mit seiner Außenkante dem Streifen 21 anliegt. Der Raum
zwischen dem Außen- und dem Innenbehälter ist durch schräge Seitenwände 23 unterteilt,
mit denen ein Wassermantel J um den Innenbehälter 18 gelegt ist. Zum Umwälzen von
kaltem oder warmem Wasser münden in die Stirnwände des Wassermantels J Zu- und Ableitungen
25, 26, die auf verschiedenen Seiten einer durch den Wassermantel führenden Trennwand
angeordnet sind. Im Abstand über dem Boden 20 des Innenbehälters 18 ist eine Lochplatte
28 angeordnet.
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über der Mitte des Schmelztiegels 13 ist ein mittlerer Preßstempel
29 angeordnet, dessen nicht dargestellter Zylinder im oberen Teil des Ständers
10
senkrecht angebracht ist. Auf das untere Ende des Preßstempels 29 ist die
mittlere Hülse 31 a einer flachen Preßplatte 31 aufgesteckt. Die Preßplatte 31 trägt
einen massiven Anker 32, der den Kern für die um ihn herumzugießende Partize T bildet.
Durch den Anker 32 führen zwei parallele Bohrungen 33 und 34, die für kaltes und
warmes Wasser mit Zu-und Ableitungen verbunden sind.
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Auf einander gegenüberliegenden Seiten des mittleren Preßstempels
29 sind zwei hydraulische Seitenstempel 37 angeordnet, deren senkrecht angeordnete
Zylinder 38 am Ständer 10 befestigt sind. An den unteren Enden der beiden Seitenstempel
37 ist ein Halter 39 für die Rohlinge befestigt. In diesem Halter ist eine
rechteckige Öffnung 40 vorgesehen, durch die der Anker 32 zu Beginn eines Gießvorganges
mittels des Preßstempels 29 in den Schmelztiegel 13 abgesenkt wird.
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Nach dem Gießen der Preßwerkzeuge in ihrer Arbeitsstellung wird an
der Unterseite des Rohlinghalters 39 eine Halterplatte 41 mit einer rechteckigen
Öffnung 42 angebracht, die der Größe der Patrize T angepaßt ist. Bei jedem Arbeitshub
des Stempels 29 bewegt sich die Patrize T durch die Platte 41 und erzeugt eine tiefgezogene
Lamelle aus Metallblech für einen Kühler od. .dgl. Die Öffnung 40 im Rohlinghalter
selbst muß so groß sein, daß auch die größtmögliche Patrize, die gegossen werden
kann, durch sie hindurchgeht. Da die Öffnung 42 in der Platte 41 möglichst
genau der jeweils gegossenen Patrize angepaßt sein soll. ist für jede Patrize .eine
andere Rohlinghalterplatte 41 erforderlich.
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Die Rohlinghalterplatte 41 arbeitet mit einer flachen, eine mittlere
Ausnehmung aufweisenden Tragplatte 43 zusammen, die das Modell 44 trägt und anfangs
auf der geschmolzenen Wismutlegierung A schwimmt. Wenn das Modell 44 nach dem Gießen
zusammen mit der Patrize T angehoben worden ist, haftet die Tragplatte 43 an der
Oberfläche der erstarrten Wismutlegierung A, umgibt die gegossene Matrize T1 und
wirkt beim Tiefziehen mit der Rohlinghalterplatte 41 zusammen. Die Rohlinge werden
zwischen der Tragplatte 43 und :der Halterplatte 41 eingelegt, von den Seitenstempeln
37 erfaßt und anschließend von dem Preßstempe129 in die Matrize T 1 gepreßt.
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Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, befindet sich in dem Raum
45 des Innenbehälters 18 zwischen dem Boden 20 und der Lochplatte 28 eine aufblasbare
Hülle 46. Die Lochplatte 28 hindert die Hülle daran, nach oben zu schwimmen. Die
aufgeblasene Hülle 46 übt also einen Druck nach oben auf die geschmolzene,
sich
abkühlende Legierung A aus. Hierdurch wird die Schrumpfung,der Legierung beim Abkühlen
ausgeglichen und zumindest an wichtigen Stellen die normalerweise beim Gießen entstehenden
Lunker und Hohlräume vermieden.
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Der Boden des hohlen Modells 44 ist mit kleinen Bohrungen
44 a versehen, damit die Schmelze A eindringen kann. Nachdem das Metallerstarrt
ist, bildet es in den Bohrungen 44 a kleine Gußansätze, die von selbst abbrechen,
wenn die Presse geöffnet wird. Wenn das Muster, nach dem die tiefgezogenen Gegenstände,
wie z. B. Kühlerlamellen, hergestellt werden, innen und außen scharfkantige Ecken
oder andere Stellen hat, an denen das gezogene Metall stark beansprucht wird, können
an diesen Stellen kleine, den Ecken oder Rundungen genau angepaßte Stahlteile vor
dem Eintauchen in die Schmelze an dem Modell mittels .eines Klebstoffes befestigt
sein. Zum Gießen der Preßwerkzeuge wird das Modell 44, z. B. eine Kühlerlamelle,
gereinigt und vorbereitet. Dann wird der Schmelztiegel 13 nicht ganz bis
zum Rand mit der Wismutlegierung A gefüllt, die durch heißes Wasser geschmolzen
wird. Dabei ist die Hülle 46 wenigstens zum Teil entspannt. Zwei zusammengehörige
Preßwerkzeuge, die sich noch vom vorhergehenden Herstellungsablauf in der Presse
befinden, müssen selbstverständlich zunächst eingeschmolzen werden. Dazu wird heißes
Wasser durch den Wassermantel J des Schmelztiegels 13 und durch den Anker 32 geleitet.
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Wenn die Preßplatte 31 und der Rohlinghalter 39 sich in ihrer obersten
Lage befinden, wird der Anker 32 an der Preßplatte befestigt. Dann wird die Tragplatte
43, an der der Rand des Modells 44 befestigt, beispielsweise geklebt ist, auf die
Oberfläche der Schmelze aufgesetzt, auf .der sie schwimmt. Das Modell 44 füllt sich
durch die Bohrungen 44 a mit Schmelze A. Damit das Modell 44 aus der erstarrten
Matrize T 1 herausgezogen werden kann, muß der Rand des Modells stets aus der Schmelze
herausragen. Dann wird der Rohlinghalter 39 ohne Wirkung auf den Fließvorgang abwärts
bewegt und die Preßplatte 31 genau bis auf Höhe des unteren Teils des Ankers 32
innerhalb des Modells gesenkt. Dieser Teil des Ankers 32 wird als Kern der Patrize
in die Schmelze A getaucht. Der genaue Spiegel der Schmelze A wird dadurch eingestellt,
daß etwas Luft in die teilweise entspannte Hülle 46 eingelassen oder aus ihr herausgelassen
wird.
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Anschließend wird Kühlwasser durch den Anker 32 geleitet. Dadurch
erstarrt an der Oberfläche der Schmelze A eine Kruste, die den Schmelztiegel 13
abschließt. Dann wird die Schmelze A durch Aufpumpen und Aufweiten der Hülle 46
unter Druck gesetzt und gegen den Boden und die Seiten des Modells 44 gedrückt.
Dadurch wird die Schrumpfung der sich abkühlenden Legierung ausgeglichen und die
Bildung von Hohlräumen in der Legierung verhindert. Dann wird das Kühlwasser auch
durch den Wassermantel J und weiterhin durch den Anker 32 geleitet, so daß die Schmelze
von den Seiten des Schmelztiegels her nach unten und innen gekühlt wird. Dadurch
erstarrt die Schmelze nach und nach ganz. Dann werden der Preßstempel 29 mit der
Preßplatte 31, der gegossenen Patrize T und dem Modell 44 und die Seitenstempel
37 mit dem Rohlinghalter 39 hochgezogen. Nachdem das Modell 44 von der Patrize
T abgestreift worden ist, wird eine passende Rohlinghalterplatte 41 an der Unterseite
des Rohlinghalters 39 angeschraubt, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist.
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Die zusammengehörigen Patrizen T und Matrizen T1, die in ihrer Arbeitsstellung
.in der Presse gegossen worden sind, liegen genau in gleicher Achse und sind sofort
fertig für den Gebrauch. Ist eine Herstellungsserie auf der Presse beendet worden,
können die gegossenen Preßwerkzeuge eingeschmolzen und aus der Schmelze neue Preßwerkzeuge
gegossen werden.
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An Stelle der aufblasbaren Hülle 46 ist bei dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 3 in dem Schmelztiegel 13 ein umgekehrt angeordneter rechteckiger Behälter
69 vorgesehen. Seine obere Wand 70 ist nicht gelocht, seine Seitenwände sind unmittelbar
über dem Boden 20 mit mehreren Bohrungen 71 versehen. Durch eine Druckmittelleitung
72 kann Druckluft in den oberen Teil des Behälters eingeführt werden. Wenn sich
der gegossene Werkstoff abzukühlen beginnt, wird Druckluft durch die Leitung 72
eingelassen und die Schmelze A durch die Bohrungen 71 in den Innenbehälter 18 gedrückt,
wodurch ein Aufwärtsdruck auf den das Modell 44 umgebenden flüssigen Werkstoff ausgeübt
wird.