DE19833550A1 - Werkzeuggravur eines Umformwerkzeuges zum Umformen mittels Wirkmedium - Google Patents
Werkzeuggravur eines Umformwerkzeuges zum Umformen mittels WirkmediumInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Werkzeuggravur eines Umformwerkzeuges zum Umformen mittels Wirkmedium, wobei das Umformwerkzeug eine Druckmittelzuführung für das Wirkmedium und eine Gravur entsprechend der gewünschten Endkontur des Werkstückes aufweist. Bei den gattungsgemäßen Umformverfahren erfolgt beim Hydroumformen sowie beim Innenhochdruckumformen durch den Druck des Druckmediums das Anformen der Wandung des Werkstückes an die Gravur des Werkzeuges. Beim Entnehmen des Werkstückes kann das Druckmedium an die Gravur des Werkzeuges gelangen, wodurch beim Umformen der nachfolgenden Werkstücke in dem Bereich, in welchem Druckmittel an der Gravur haftet, keine Berührung zwischen Gravur und Werkstückwandung zustande kommt, wodurch unerwünschte Deformierungen am Werkstück auftreten. Aufgabengemäß wurde die Werkzeuggravur mit Mikrostrukturen versehen, die geeignet sind, das zwischen Wandung des Werkstückes und Gravur haftende Wirkmedium aufzunehmen. Dadurch werden unerwünschte Deformationen des Werkstückes vermieden. Weiterhin können die Gravuren als Schmiermitteldepot dienen und somit die Reibung minimieren und die Notlaufeigenschaften des Werkzeuges verbessern.
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeuggravur eines
Umformwerkzeuges zum Umformen mittels Wirkmedium, nach dem
Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, wobei das Werkzeug
eine Druckmittelzuführung für das Wirkmedium und eine
Gravur entsprechend der gewünschten Endkontur des
Werkstückes aufweist und als Wirkmedium flüssige oder
gasförmige Druckmedien Anwendung finden. Die Erfindung kann
beim Innenhochdruckumformen rohrförmiger Werkstücke sowie
von randseitig aneinander anliegenden und ggf. miteinander
verbundenen Doppelplatinen sowie beim Hydroumformen von
Einfach- oder Doppelplatinen oder beim hydromechanischen
Tiefziehen Anwendung.
Bei den gattungsgemäßen Umformverfahren erfolgt beim
Hydroumformen (z. B. DE 44 34 799 A1) sowie beim
Innenhochdruckumformen (siehe z. B. DE 195 35 870 A1 und
Notrott, A.: Neuere Entwicklungen in der Blechumformung;
Siegert, K.; Neuere Entwicklungen beim Innenhochdruck
umformen . . ., 1998, Verlag MAT-INFO Werkstoff-Infor
mationsgesellschaft mbH, S. 365-377) durch den Druck
des Druckmediums das Anformen der Wandung des Werkstückes
an die Gravur des Werkzeuges. Beim Entnehmen des
Werkstückes kann das Druckmedium an die Gravur des
Werkzeuges gelangen, wodurch beim Umformen der
nachfolgenden Werkstücke in dem Bereich, in welchem
Druckmittel an der Grauur haftet, keine Berührung zwischen
Gravur und Werkstückwandung zustande kommt, wodurch
unerwünschte Deformierungen am Werkstück auftreten.
Diese Deformierungen bewirken Einschränkungen in der
Bewertung der Oberflächenqualität des Werkstücks. Auch bei
gasförmigen Wirkmedien können Blasenbildungen zwischen
Blech oder umzuformenden dünnen Folien und Gravur
auftreten, wodurch ebenfalls unerwünschte Deformationen der
Werkstücke erzeugt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, Deformierungen des
Werkstückes durch das Wirkmedium zu verhindern sowie die
Oberflächengüte zu verbessern und gleichzeitig definierte
Oberflächeneigenschaften des Werkstückes zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
ersten Patentanspruchs dadurch gelöst, daß in die Gravur
des Werkzeuges Mikrostrukturen eingearbeitet werden. Diese
Mikrostrukturen sollten die Oberflächenqualität des
Werkstückes nicht negativ beeinflussen und dazu geeignet
sein, während des Anpressens des Werkstücks an die Gravur
das in der Gravur haftende Druckmedium aufzunehmen und
einer Deformierung durch örtlichen Aufstau des Druckmediums
zwischen Gravur und Werkstuck entgegenzuwirken. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, durch die Mikrostrukturen
(Mikrostrukturen) die Oberflächenstruktur des Werkstücks
gezielt zu beeinflussen, so daß z. B. eine gleichmäßigere
Umformung erfolgt und bessere Hafteigenschaften für eine
nachfolgende Beschichtung gewährleistet werden.
Die Mikrostrukturen sollten dabei eine Abmessung in der
Größenordnung von einem Molekül des Druckmediums bis ca.
100 µm Breite und 100 µm Tiefe/oder Höhe aufweisen. Die
Mikrostrukturen können beliebige Formen besitzen und in
gleichen oder unterschiedlichen Abständen zueinander
angeordnet werden oder auch ineinander übergehen und z. B.
Linienstrukturen, meanderförmige Strukturen oder
punktförmige Strukturen bilden. Entsprechend der Spezifik
des Bauteiles können die Mikrostrukturen an der Gravur
ganzflächig oder nur an definierten Positionen (z. B. in
Radienelementen) angeordnet sein, wenn nur an diesen
Stellen die Gefahr einer Deformierung besteht, oder wenn
nur an bestimmten Oberflächenbereichen des Werkstücks
besondere Oberflächeneigenschaften (z. B. Haft- und
Reibungseigenschaften) gewünscht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen und
zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipdarstellung eines Innenhochdruckumform
werkzeuges,
Fig. 2 Prinzipdarstellung eines Hydroumformwerkzeuges,
Fig. 3 Schnittdarstellung durch eine Gravur mit
Mikrostrukturen in den Eckbereichen,
Fig. 4 Gravur mit meanderförmigem Linienverlauf der
Mikrostrukturen,
Fig. 5 Gravur mit kreisförmigen Linienverlauf der
Mikrostrukturen.
Fig. 1 zeigt ein Innenhochdruckumformwerkzeug mit einer
oberen Werkzeughälfte 1a und einer unteren Werkzeughälfte
1b, die zum Beschicken und zum Entnehmen des Werkstücks
relativ zueinander bewegbar sind. Beide Werkzeughälften 1a,
1b sind im dargestellten Beispiel geschlossen und weisen
eine Gravur 2 auf. Im Innenhochdruckumformwerkzeug befindet
sich das noch nicht umgeformte rohrförmige Werkstück W. An
beide Rohrenden des Werkstücks greifen Nachschiebezylinder
3 an, die das Nachfließen des Werkstoffs während des
Innenhochdruckumformens gewährleisten und gleichzeitig das
Werkstück W abdichten. An dem in Fig. 1 links
dargestellten Nachschiebezylinder 3 führt eine
Druckmittelzuleitung 4, über die z. B. mittels eines
Hydraulikaggregats 5 dem Werkstück W das Druckmedium
zugeführt wird. Beim Innenhochdruckumformen legt sich dann
die Wandung des Werkstücks durch den Druck des Druckmediums
an die Innenkontur des Werkzeuges und somit an die Gravur 2
des Innenhochdruckumformwerkzeuges an. Die Gravur ist dabei
vollständig oder nur in den Bereichen, in denen sich das
flüssige Druckmedium vor Einlegen des nächsten Werkstückes
sammeln kann (separat gekennzeichnet), mit Mikrostrukturen
versehen.
Beim Umformen mittels Wirkmedium von Einfach- oder
Doppelplatinen weist das Werkzeug ebenfalls eine geteilte
Form auf (s. Fig. 2). Die obere Werkzeughälfte 1a verfügt
dabei beispielsweise über die Gravur 2 und die untere
Werkzeughälfte Ib verfügt über einen Druckraum 6, in
welchen die Druckmittelzuführung 4 mündet. Zwischen den
geschlossenen Werkzeughälften 1a und 1b ist das Werkstück W
in Form einer Einfachplatine gespannt. Durch die nun
folgende Druckzuführung des Wirkmediums in den Druckraum
und die Druckbeaufschlagung legt sich das Blech (Werkstück
W) an die Gravur 2 der oberen Werkzeughälfte 1a an. Auch in
diesem Fall kann die Gravur mit Mikrostrukturen versehen
sein, die entweder eine ungewollte Deformierung des
Werkstücks aufgrund zwischen Gravur und Werkstück
eingeschlossenen Wirkmediums vermeiden und/oder gezielt die
Oberflächenqualität des Werkstücks beeinflussen.
In Fig. 3 ist ein Werkzeugteil 1a mit einer Gravur 2 gem.
Fig. 2 dargestellt, bei welchem in den Eckbereichen die
Mikrostrukturen M angeordnet sind.
In Fig. 4 wird eine weitere Variante des Linienverlaufes
der Mikrostrukturen N gezeigt. Die Oberfläche der Gravur 2
weist dabei kleinste Vertiefungen in Form von
Mikrostrukturen M auf in die das sich an der Gravur 2
aufgestaute Wirkmedium beim Umformen entweichen kann, so
daß eine einwandfreie Oberfläche des Werkstücks W
gewährleistet wird. Die Mikrostrukturen sind hier
meanderförmig aneinander gereiht.
In Fig. 5 ist eine kreisförmige Anordnung der
Mikrostrukturen M dargestellt, die z. B. an einem tiefsten
Punkt einer Gravur 2 liegen können.
Die Herstellung dieser Mikrostrukturen M kann
beispielsweise durch Laserbearbeitung, elektroerosive
Bearbeitung, Ultraschallerosion, Einritzen, Einätzen oder
durch andere geeignete Abtragungsverfahren erfolgen. In
äquivalenter Form können auch auf die Gravur Partikel
aufgebracht werden, (z. B. durch Lithographie) durch welche
die Mikrostrukturen entstehen. Die Form, die Größe und der
Abstand der Mikrostrukturen kann je nach Bedarf gewählt
werden.
Die Aneinanderreihung der Mikrostrukturen kann kreuzförmig,
linienförmig, kreisförmig, meanderförmig oder in anderen
Strukturen oder Formen erfolgen.
In Fig. 4 sind dabei zwei Varianten mit meanderförmigem,
und kreisförmigem Linienverlauf der Mikrostrukturen
dargestellt.
Bei der Umformung z. B. dünner Folien mit Luft wird eine
Blasenbildung durch die Mikrostrukturen vermieden, da das
Wirkmedium in die Mikrostrukturen ausweichen kann.
Es ist weiterhin erstmalig möglich, mit diesen
Mikrostrukturen in Bereichen hohen Verschleißes ein
Schmiermitteldepot anzulegen und somit den Verschleiß
entscheidend zu verringern.
Bei sehr geschmierten Werkstücken wird dieses
Schmiermitteldepot z. B. aufgefüllt und bei zu wenig
geschmierten Teilen durch den wirkenden Druck bei Anpressen
der Bauteilwandung an die Gravur wieder abgegeben. Die
Notlaufeigenschaften des Werkzeuges werden somit
überraschender Weise entscheidend verbessert. Weiterhin
kann eine Einsparung von Schmiermittel am Werkstück
erfolgen.
Eine definierte Beeinflussung des Materialflusses ist z. B.
durch eine Aufrauhung der Gravur mit den Mikrostrukturen
ebenfalls möglich.
Durch die Mikrostrukturen kann für eine nachfolgende
Beschichtung des Werkstückes eine Werkstückoberfläche mit
günstigeren Hafteigenschaften erzeugt werden.
Die Größe der Mikrostrukturen sollte vorzugsweise zwischen
10 und 100 µm liegen, um diese nicht an der
Werkstückoberfläche sichtbar werden zu lassen.
Claims (9)
1. Werkzeuggravur eines Umformwerkzeuges zum Umformen
mittels Wirkmedium, wobei das Werkzeug eine
Druckmittelzuführung (4) für das Wirkmedium und eine
Gravur (2) entsprechend der gewünschten Endkontur des
Werkstückes (W) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gravur (2) mit Mikrostrukturen (M) versehen ist.
2. Werkzeuggravur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrostrukturen (M) die Oberflächenqualität des
Werkstückes (W) nicht negativ beeinflussen und geeignet
sind,
- - während des Anpressens des Werkstücks (W) an die Gravur (2) beim Innenhochdruckumformen das Wirkmedium auf zunehmen und einer Deformierung durch örtlichen Stau des Wirkmediums zwischen Gravur (2) und Werkstück (W) entgegenwirken und/oder
- - die Hafteigenschaften des Werkstucks gezielt zu beeinflussen und/oder
- - Schmiermittel aufzunehmen und als Schmiermitteldepot zu dienen und/oder
- - den Materialfluß des Werkstückes beim Umformen zu beeinflussen.
3. Werkzeuggravur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturen (M) eine
definierte Größe, Form und Anordnung aufweisen.
4. Werkzeuggravur nach einem der Ansprüche von 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturen (M)
eine Abmessung in der Größenordnung von einem Molekül
des Wirkmediums bis ca. 100 µm Breite und 100 µm Tiefe
oder 100 µm Höhe aufweisen.
5. Werkzeuggravur nach einem der Ansprüche von 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturen (M) an
der Gravur (2) ganzflächig oder an definierten
Positionen angeordnet sind.
6. Werkzeuggravur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrostrukturen (N)
- - in Gravurbereichen, in welchen sich das Wirkmedium aufs taut und in welchen dadurch Deformationen des Werkstücks (W) auftreten kann und/oder
- - in Gravurbereichen, mit die Oberflächenstruktur des Werkstücks (W) gezielt beeinflußt werden soll und/oder
- - in Gravurbereichen, in denen ein hoher Verschleiß auftritt und/oder
- - in Gravurbereichen, mit denen der Werkstofffluß beeinflußt werden soll angeordnet sind.
7. Werkzeuggravur nach einem der Ansprüche von 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturen (M)
linienförmig, kreisförmig, meanderförmig oder in
anderen Formen aneinandergereiht sind.
8. Werkzeuggravur nach einem der Ansprüche von 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mit durch
Laserbearbeitung, elektroerosive Bearbeitung,
Ultraschallerosion, Einritzen, Einätzen oder andere
Abtragungsverfahren erzeugten Mikrostrukturen (M)
versehen ist.
9. Werkzeuggravur nach einem der Ansprüche von 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mit durch Lithographie
oder andere Auftragsverfahren erzeugte Mikrostrukturen
(M) aufweist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING GMBH & CO. KG, 09125 |
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