DE19916566A1

DE19916566A1 - Die for heavy duty hollow shaping tool, with reinforcement consisting of reinforcing fibers or fiber strings round circumference of pressing bush

Info

Publication number: DE19916566A1
Application number: DE1999116566
Authority: DE
Inventors: Werner Goedtner
Original assignee: Wafios AG
Current assignee: Goedtner Werner De
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: DE19916566B4

Abstract

The die (1) has a pressing bush (2) and a reinforcement (4) round the pressing bush. This reinforcement consists at least mainly of reinforcing fibers (5) or strings of fibers, running round the circumference of the pressing bush. The reinforcing fibers may be of carbon, boron or glass. The reinforcement may be prestressed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrize für hochbeanspruchte Hohlformwerkzeuge mit einer Preßbüchse und einer diese umschließenden Armierung.The invention relates to a die for highly stressed hollow molds with a Press sleeve and a reinforcement surrounding it.

Solche Matrizen, die für die Warm-, wie auch für die Kaltumformung verwendet werden können, finden schon seit vielen Jahren Anwendung in der Industrie. Sie werden insbesondere beim Fließpressen eingesetzt, wie z. B. bei der Drahtherstellung oder auch beim Napfrückwärtsfließpressen.Such matrices that can be used for hot as well as for cold forming can be found has been used in industry for many years. They are particularly useful in extrusion used such. B. in wire production or also in cup back extrusion.

Bisher wurde als Armierung unter anderem das Bandwickeln eingesetzt, bei dem ein dünnes hochfestes Stahlband um einen Kern gewickelt wird, der das Innendruckmedium umgibt (siehe z. B. Grenbaek, J.: "Bandwickeln von Werkzeugen für die Massivumformung", Dissertation, Technische Hochschule von Dänemark 1981). Dabei wurde gefunden, daß Längsrisse an Preßbüchsen mit zylindrischer Bohrung weitgehend vermieden werden können, wenn das Band während des Wickelvorgangs mit einer kontrollierten Spannung belastet wird. Um einen optimalen Vorspannungszustand zu erreichen, muß die Wickelspannung dabei von Schicht zu Schicht angepaßt werden. Mittels dieser bandgewickelten Matrizen sind erhebliche Verbesserungen des zulässigen Innendrucks möglich im Vergleich zu nicht armierten Matrizen. Der Nachteil dieses Bandwickelns ist jedoch, daß es aufwendig und teuer ist, da nach dem Ausnutzen der Preßbuchse das gesamte Wickelpaket ersetzt werden muß.So far, tape wrapping has been used as reinforcement, in which a thin high-strength steel strip is wrapped around a core that surrounds the internal pressure medium (see e.g. Grenbaek, J .: "Band winding of tools for massive forming", dissertation, technical College of Denmark 1981). It was found that longitudinal cracks on press rifles with cylindrical bore can be largely avoided if the band during the Controlled tension is loaded during the winding process. For an optimal To achieve a pre-tensioned state, the winding tension must be adapted from layer to layer become. By means of these tape-wound matrices, significant improvements in the allowable are made Internal pressure possible compared to non-reinforced matrices. The disadvantage of this tape winding is however, that it is complex and expensive, since after using the press bushing the whole Changing package must be replaced.

Um diese Nachteile des Bandwickelns zu vermeiden, wurde die Bandarmierung entwickelt (siehe Grenbaek, J.: "Stripwound cold forging tools - a technical and economical alternative", Tagungsbericht der VDI-Gesellschaft Produktionstechnik, Kaltmassivumformung, 8. Internationaler Kongress, Nürnberg, 17. und 18. September 1990). Dabei wird ein Stahlband um einen Stützkern aus gehärtetem Stahl gewickelt. Die fertige Wicklung wird durch einen Außenmantel gehalten, dessen Form und Maße sich an der Werkzeugaufnahme orientieren. Die Preßbüchse wird dann nach dem Wickelvorgang in den Stützkern durch Preßfügen eingebracht. Bedingt durch die hohe Härte der Stützkerne können die Preßbüchsen mehrfach gewechselt werden. Dies führt im Vergleich zum Bandwickeln schon zu einer Kostenersparnis, da die Preßbüchsen ausgewechselt werden können, während die Armierung weiter beibehalten werden kann.In order to avoid these disadvantages of tape winding, the tape reinforcement was developed (see Grenbaek, J .: "Stripwound cold forging tools - a technical and economical alternative", conference report the VDI Society for Production Technology, Cold Forming, 8th International Congress, Nuremberg, September 17 and 18, 1990). A steel band is made around a support core hardened steel wrapped. The finished winding is held by an outer jacket, the Shape and dimensions are based on the tool holder. The press rifle is then after Winding process brought into the support core by press joining. Due to the high hardness of the Support cores can be exchanged several times. Compared to Tape winding already at a cost saving, since the press rifles can be exchanged, while the reinforcement can be maintained.

Die Nachteile aller bisher verwendeten armierten Matrizen des Standes der Technik sind jedoch, daß das beim Bandwickeln und Bandarmieren zum Einsatz kommende Stahlband nur eine Zugfestigkeit von ca. 1800 N/mm² aufweist und damit die Preßbüchse auch nur einem begrenzten Druck ausgesetzt werden kann. Dies führt dazu, daß die Wicklung, um eine bestimmte Festigkeit zu erreichen, unter Umständen einen relativ großen Platzbedarf benötigt und dadurch auch kostenintensiv wird.The disadvantages of all previously used reinforced matrices of the prior art, however, are that the steel strip used in band winding and band reinforcement has only a tensile strength of approximately 1800 N / mm ² and the press sleeve can therefore only be exposed to a limited pressure. The result of this is that the winding, in order to achieve a certain strength, may require a relatively large amount of space and is therefore also cost-intensive.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Matrize vorzuschlagen, die einerseits bei einem noch höheren Innendruck als bislang bekannte Matrizen eingesetzt und bei der andererseits bei gegebenem Innendruck ein verringerter Matrizendurchmesser erreicht werden kann.Proceeding from this, the object of the invention is to propose a die which on the one hand used with an even higher internal pressure than previously known matrices and in the on the other hand, a reduced die diameter can be achieved at a given internal pressure.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Matrize der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Armierung zumindest im wesentlichen von den Außenumfang der Preßbüchse umlaufenden Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfasersträngen gebildet wird. Technisch eingesetzte Verstärkungsfasern, wie sie heutzutage Verwendung finden, weisen im Gegensatz zu Stahlbändern, wie sie bei Armierungen nach dem Stand der Technik verwendet werden, eine wesentlich größere Zugfestigkeit auf, so daß die erfindungsgemäßen Matrizen mit einem deutlich höheren Innendruck belastet werden können.According to the invention, this is achieved in a die of the type described in the introduction in that the reinforcement at least essentially revolving around the outer circumference of the press sleeve Reinforcing fibers or reinforcing fiber strands is formed. Technically used Reinforcing fibers, such as those used today, have, in contrast to steel bands, how they are used in reinforcements according to the prior art, a much larger Tensile strength, so that the dies according to the invention with a significantly higher internal pressure can be burdened.

Dadurch, daß die Fasern eine höhere Zugfestigkeit besitzen, kann auch der Durchmesser der Matrize verringert werden, da bei einem bestimmten Innendruck im Vergleich zur Armierung mit Stahlbändern erheblich weniger Faservolumen als Armierung aufgebracht werden muß, weil mittels der festeren Fasern schon mit weniger Material die gleiche Festigkeit der Matrize erreicht werden kann. Dies führt zu einer merklichen Verringerung der radialen Dicke der Matrize und damit auch noch zu einer Gewichtsersparnis.Because the fibers have a higher tensile strength, the diameter of the die can also can be reduced because at a certain internal pressure compared to reinforcement with steel strips considerably less fiber volume than reinforcement must be applied, because of the firmer Fibers can achieve the same strength of the die with less material. this leads to to a noticeable reduction in the radial thickness of the die and thus also to one Weight saving.

Bevorzugt werden als Fasern Kohlenstoff-, Bor- und/oder Glasfasern eingesetzt.Carbon, boron and / or glass fibers are preferably used as fibers.

So weisen z. B. Glasfasern eine Zugfestigkeit von mehr als 4000 N/mm² auf. Diese Zugfestigkeit ist also mehr als doppelt so groß wie die der für die bekannten Armierungen verwendeten Stahlbänder.So z. B. glass fibers have a tensile strength of more than 4000 N / mm ² . This tensile strength is therefore more than twice as large as that of the steel strips used for the known reinforcements.

Kohlefasern weisen sogar eine noch höhere Zugfestigkeit, nämlich mehr als 7000 N/mm², auf. Carbon fibers have an even higher tensile strength, namely more than 7000 N / mm ² .

Damit kann der Innendruck der erfindungsgemäßen Matrize beim Umformvorgang gegenüber bekannten Matrizen mit Stahlbandarmierung erheblich erhöht werden. Da auch die Dimensionen der erfindungsgemäßen Matrize besonders klein gehalten werden können, können auch die Werkzeuge und die Umformmaschinen selbst kleiner dimensioniert werden, was eine erhebliche Kostenersparnis zur Folge hat.The internal pressure of the die according to the invention can thus be compared during the forming process known matrices with steel band reinforcement can be increased significantly. Since the dimensions of the Tools according to the invention can be kept particularly small and the forming machines themselves are dimensioned smaller, which is a considerable cost saving has the consequence.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Matrize die Armierung die Preßbüchse mit einer kontrollierten, vorgewählten Spannung umschließt. Hierdurch wird ein Vorspannungszustand erreicht, der zu einer noch weiteren Steigerung des zulässigen Innendrucks führt, weil durch das Vorspannen der Armierung eine bessere Spannungsverteilung erreicht werden kann.Furthermore, it is advantageous if, in the case of a die according to the invention, the reinforcement is the press sleeve with a controlled, pre-selected tension. This will create a bias condition achieved, which leads to a further increase in the permissible internal pressure, because by the Preloading the reinforcement a better stress distribution can be achieved.

Durch tangentiale Druckvorspannungen kann die Druckanfälligkeit hochbeanspruchter Hohlformwerkzeuge herabgesetzt werden, wodurch Längsrisse an Preßbüchsen mit zylindrischer Bohrung, die über ihre gesamte Länge mit gleichmäßigem Innendruck beaufschlagt sind, weitgehend vermieden werden. Dies ist in der Kalt-, Halbwarm- und Warmmassivumformung, insbesondere beim Fließpressen von Draht, von großer Bedeutung.Tangential compressive stresses can increase the susceptibility to high stress Hollow molds are reduced, causing longitudinal cracks on press rifles with cylindrical Bore, which are subjected to uniform internal pressure over their entire length, largely be avoided. This is in cold, semi-warm and hot massive forming, especially in the Extrusion of wire, of great importance.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Armierung aus endlos die Preßbüchse umwickelnden Verstärkungsfasersträngen. Werden die Verstärkungsfasern als endlose Faserstränge um die Preßbüchse gewickelt, kann der Faserstrang dabei mit einer kontrollierten Vorspannung um die Preßbüchse gewickelt werden oder auch ohne eine solche.According to a preferred embodiment of the invention, the reinforcement consists of endless Press sleeve wrapping reinforcing fiber strands. The reinforcing fibers are considered endless Fiber strands wrapped around the press sleeve, the fiber strand can be controlled Bias can be wrapped around the press sleeve or without such.

Die Verstärkungsfaserstränge können ein- oder mehrlagig gewickelt werden, je nachdem, welche Kräfte aufzunehmen sind.The reinforcing fiber strands can be wound in one or more layers, depending on which one Forces are to be absorbed.

Die eingesetzten Verstärkungsfaserstränge können auch jede dem Fachmann geläufige Querschnittsform aufweisen, so z. B. einen im wesentlichen runden, halbrunden oder ovalen Querschnitt. Es sind aber durchaus auch andere Querschnitte denkbar, so z. B. schmale Faserbänder.The reinforcing fiber strands used can also be any of those familiar to the person skilled in the art Have cross-sectional shape, such. B. a substantially round, semicircular or oval Cross-section. But there are also other cross-sections conceivable, such. B. narrow slivers.

Das Wickeln der Verstärkungsfasern um die Preßbüchse kann sowohl in Form nebeneinander verlaufender Faserwicklungen (und zwar mit oder ohne Abstand zwischen jeder Wicklung), als auch in Form von Kreuzwicklungen erfolgen, wobei sich beim Aufwickeln jeder Faserlage eine Steigung von weniger als 15° zur Radialebene der Preßbüchse als vorteilhaft erwiesen hat.The winding of the reinforcing fibers around the press sleeve can be done side by side running fiber windings (with or without spacing between each winding), as well as in Cross windings take place, with a slope of less than 15 ° to the radial plane of the press rifle has proven advantageous.

Sind die Verstärkungsfaserstränge um die Preßbüchse kreuzgewickelt, so werden sie beim Umformvorgang nicht immer unter demselben Winkel mit Zugspannung beaufschlagt. Dies hat den Vorteil, daß auch bei nicht exakter Ausrichtung der Verstärkungsfasern im Faserstrang insgesamt eine sehr gute Zugfestigkeit erreicht werden kann, da durch die verschiedenen übereinanderliegenden Wicklungen die Zugspannungsbeaufschlagung des Faserstrangs über den ganzen Bereich des Wickelwinkels erfolgt.If the reinforcing fiber strands are cross-wound around the press sleeve, they are used for Forming process is not always subjected to tensile stress at the same angle. This has the Advantage that even if the reinforcing fibers are not exactly aligned in the fiber strand, a total very good tensile strength can be achieved because of the different superimposed Winding the tension on the fiber strand over the entire area of the Winding angle takes place.

In bestimmten Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn die Armierung in Form mindestens einer Fasermatte die Preßbüchse umschließt. Hierfür müssen dann die Verstärkungsfasern nicht mehr in Form eines Faserbündels gewickelt werden, da eine vorbereitete Fasermatte eingesetzt werden kann. Die Befestigung einer solchen Fasermatte kann durch Verspannen ihrer Mattenenden gegeneinander oder in jeder sonstigen geeigneten Weise erfolgen. Dabei kann eine solche Fasermatte auch mehrmals um den Umfang der Preßbüchse gewickelt sein, wobei anschließend ihre außenliegende Endkante auf der darunterliegenden Mattenschicht geeignet fixiert werden kann.In certain cases it is also advantageous if the reinforcement is in the form of at least one fiber mat encloses the press rifle. The reinforcing fibers then no longer have to be in the form of a Fiber bundle can be wound, since a prepared fiber mat can be used. The Attachment of such a fiber mat can be done by bracing its mat ends against each other or in any other suitable manner. Such a fiber mat can also be wrapped several times around the circumference of the press rifle, followed by its outside End edge on the underlying mat layer can be suitably fixed.

Eine geeignete Befestigung könnte z. B. wiederum über Verstärkungsfasern erfolgen und als eine Art Ring ausgebildet sein, der die Matten radial außen umgibt. Ebenso könnte die Befestigung auch durch eine Art Klammer aus jedem dem Fachmann geläufigen Material vorgenommen werden. Auch eine geklebte Verbindung wäre denkbar, um die Fasermatten zu befestigen.A suitable attachment could e.g. B. again via reinforcing fibers and as a kind Ring be formed, which surrounds the mats radially outside. The attachment could also be done by a kind of clip made of any material familiar to the expert. Also one glued connection would be conceivable to attach the fiber mats.

Des weiteren können die Fasermatten aber auch so ausgebildet sein, daß sie eine dem Umfang der zu umwickelnden Preßbüchse entsprechende Länge aufweisen und an ihren Enden aneinander befestigt werden. Dabei können die Fasermatten sich mit ihren Endbereichen etwas überdecken oder auch auf Stoß liegen. Als Befestigungsmittel können alle dem Fachmann geläufigen Befestigungsmittel dienen. So können z. B., um die Fasermatten etwas vorzuspannen, elastische Befestigungsmittel eingesetzt werden, aber auch Klammern oder Ringe aus jeglichem geeigneten Material (einschließlich Verstärkungsfasermaterialien selbst) lassen sich hier verwenden.Furthermore, the fiber mats can also be designed so that they correspond to the circumference of the have corresponding length to be wrapped press sleeve and at their ends to each other be attached. The fiber mats can overlap somewhat with their end areas or also lie on the bump. As fasteners, all can be familiar to the expert Fasteners are used. So z. B. to pre-tension the fiber mats somewhat, elastic Fasteners are used, but also clips or rings made of any suitable Material (including reinforcing fiber materials themselves) can be used here.

Neben reinen Fasermatten können aber gleichermaßen auch faserverstärkte Werkstoffe Anwendung finden, die eine gerichtete Faserverstärkung aufweisen, so daß die Verstärkungsfasern die Preßbüchse wieder im wesentlichen umlaufen. Die faserverstärkten Materialien können dabei sowohl als eine Art Strang oder als eine Fasermatte ausgebildet sein.In addition to pure fiber mats, fiber-reinforced materials can also be used find that have a directional fiber reinforcement, so that the reinforcing fibers Press sleeve essentially revolve again. The fiber-reinforced materials can both be designed as a kind of strand or as a fiber mat.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Preßbüchse aus einem Material aus der Gruppe Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle, Schnellarbeitsstähle, Ferrotitanat, Hartmetalle, Cermets und/oder keramische Werkstoffe gefertigt ist. Diese Werkstoffe haben bei der Anwendung für Hohlformwerkzeuge beste Eigenschaften gezeigt. It is also advantageous if the press sleeve is made from a material from the group of cold work steels, Hot-work steels, high-speed steels, ferrotitanate, hard metals, cermets and / or ceramic Materials is made. These materials have the best when used for hollow molds Properties shown.

Die Schnellarbeitsstähle können dabei schmelzmetallurgisch und pulvermetallurgisch hergestellt werden. Die keramischen Werkstoffe sind bei Umformwerkzeugen bevorzugt oxidkeramische Werkstoffe.The high-speed steels can be produced by melt metallurgy and powder metallurgy become. In the case of forming tools, the ceramic materials are preferably oxide-ceramic Materials.

Bevorzugt besteht ferner die Matrize aus einem Matrizeneinsatz, der von einem Stützkern umgeben ist, d. h. die Armierung wird um einen Stützkern gewickelt. Der Matrizeneinsatz kann z. B. durch Preßfügen eingepaßt und auch unter Umständen mehrfach gewechselt werden. So kann die Armierung noch länger eingesetzt werden, da ein verbrauchter Matrizeneinsatz nur ausgewechselt werden muß, ohne daß jedesmal auch eine neue Armierung hergestellt werden müßte.The die preferably also consists of a die insert which is surrounded by a support core is, d. H. the reinforcement is wrapped around a support core. The die insert can e.g. B. by Press fitting fitted and may also be changed several times under certain circumstances. So it can Reinforcement can be used even longer because a used die insert is only replaced must be made without having to make new reinforcements every time.

Zur Klarstellung sei darauf verwiesen, daß, falls ein solcher Stützkern eingesetzt sein sollte, im folgenden der Ausdruck "Preßbüchse" stets den Matrizeneinsatz mit dem Stützkern bezeichnet, also alles das, was mit der Armierung umwickelt wird.For clarification, it should be pointed out that, if such a support core should be used, in following the expression "press sleeve" always referred to the die insert with the support core, ie everything that is wrapped with the reinforcement.

Günstigerweise kann die Armierung auch ihrerseits noch von einem Außenmantel umgeben sein, der aus jedem geeigneten Material bestehen kann und einmal zum Schutz der Armierung vor äußeren Einflüssen, aber auch zum Haltern der Armierung dienen und ggf. sogar die weiter oben beschriebenen Befestigungsmittel zum Befestigen der Armierung ersetzen kann.Conveniently, the reinforcement can also be surrounded by an outer jacket, which can consist of any suitable material and once to protect the reinforcement from external Influences, but also serve to hold the reinforcement and possibly even those above described fasteners for attaching the reinforcement can replace.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin, daß die Preßbüchse geteilt ist. Normalerweise werden Matrizen nicht über ihre gesamte Länge mit gleichmäßigem Innendruck beaufschlagt, vielmehr sind in ihrer Länge begrenzte Druckräume oder abgesetzte Matrizenformen die Regel. Dabei können Querrisse an Stellen von Spannungskonzentrationen oder Spannungssprüngen auftreten, besonders bei Preßbüchsenwerkstoffen mit geringer Zähigkeit, wie gesinterten Hartmetallen, hoch gehärteten Schnellstählen oder auch Keramiken. Auf einfachste Art kann diesen Schubrissen durch Längenanpassung oder auch durch Querteilung der Preßbüchse entgegengewirkt werden. Solche quergeteilten Preßbüchsen sind immer dann erfolgreich einsetzbar, wenn die Matrizenform durch Stauchen des Preßwerkstoffes aufgefüllt wird, weil im allgemeinen an der Trennstelle kein hydraulischer Zustand herrscht und damit kein Preßwerkstoff in die Fuge eindringt.An advantageous embodiment of the invention is also that the press sleeve is divided. Normally, matrices are not distributed evenly along their entire length acted, rather are limited in their length pressure spaces or stepped forms of the die Rule. Cross cracks can occur at locations of stress concentrations or stress jumps occur, especially with press sleeve materials with low toughness, such as sintered Hard metals, high-hardened high-speed steels or ceramics. This can be done in the simplest way Shear cracks counteracted by length adjustment or by transverse division of the press rifle become. Such cross-divided press rifles can always be used successfully when the Die shape is filled by upsetting the press material, because in general at the Separation point there is no hydraulic condition and therefore no press material penetrates into the joint.

Weiterhin ist die Matrize bevorzugt axial vorgespannt. Damit können Vergleichsspannungsspitzen im Schulterbereich einer Matrize abgebaut werden. So wirkt eine axiale Vorspannung vermutlich der Fortpflanzung eines einmal eingetretenen Risses entgegen und führt daher dazu, daß die Matrize bei relativ hohen Innendrücken eingesetzt werden kann.Furthermore, the die is preferably axially biased. This allows comparison voltage peaks in Shoulder area of a matrix can be removed. This is probably how an axial preload works Reproduction of a crack once occurred and therefore leads to the fact that the matrix relatively high internal pressures can be used.

Bevorzugt wird die Preßbüchse aus Keramik gebildet und die Armierung aus Glasfasern, wobei als Keramik besonders bevorzugt eine isolierende Oxidkeramik eingesetzt werden kann. The press sleeve is preferably formed from ceramic and the reinforcement from glass fibers, whereby as Ceramic, an insulating oxide ceramic can particularly preferably be used.

Vorteilhafterweise wird zur Warm- oder Halbwarmumformung um die Matrize herum eine Heizvorrichtung angeordnet, um den umzuformenden Werkstoff innerhalb der Matrize zu erwärmen und somit die Wärme gezielt an den Ort der Umformung zu bringen.Advantageously, one is used for hot or semi-hot forming around the die Heating device arranged to heat the material to be formed within the die and thus bring the heat specifically to the location of the forming.

Als Heizvorrichtung kann jede geeignete Heizvorrichtung verwendet werden, die bei solchen Matrizen sinnvoll einsetzbar ist.Any suitable heating device can be used as the heating device, which is used with such matrices is useful.

Vorzugsweise wird die Heizvorrichtung als Induktionsheizung ausgeführt, mit der sich der umzuformende Werkstoff in der Matrize sehr gut und gezielt erwärmen läßt, was einen energiesparenden Betrieb gestattet.The heating device is preferably designed as an induction heater with which the material to be formed in the die can be heated very well and selectively, which can energy-saving operation permitted.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Armierung aus Glasfasern gebildet, die Preßbüchse aus einer isolierenden Oxidkeramik und um die Matrize ist eine Induktionsheizung angeordnet. Da dabei die Armierung aus Glasfasern und die Preßbüchse aus isolierender Oxidkeramik isolierende Stoffe sind, kann das Werkstück in der Matrize besonders effektiv und rasch über die eingesetzte Induktionsheizung ganz gezielt und ohne unerwünschte Wärmeabgabe nach außen erhitzt werden. Da die beiden eingesetzten isolierenden Werkstoffe auch schlechte thermische Leiter sind, können bei dieser Ausführung der Erfindung auch Werkstücke von weniger als 50 g warm umgeformt werden, da von der Matrix die Wärme nicht so rasch abgeleitet wird, wie dies z. B. bei metallischen Matrizen der Fall ist. In letzteren konnten bislang Werkstücke mit einem Gewicht von weniger als 50 g so nicht umgeformt werden, da ihnen aufgrund ihres geringen Gewichtes die Wärme durch die Metallmatrizen wieder zu schnell entzogen wird.In a very particularly preferred embodiment of the invention, the reinforcement is made of glass fibers formed, the press sleeve from an insulating ceramic oxide and around the die is a Induction heating arranged. Because the reinforcement made of glass fibers and the press rifle insulating oxide ceramics are insulating materials, the workpiece in the die can be special effectively and quickly via the induction heating system used in a targeted manner and without unwanted Heat emission to be heated outside. Because the two insulating materials used too are bad thermal conductors, can also workpieces of in this embodiment of the invention less than 50 g are hot formed, since the heat does not dissipate so quickly from the matrix is how this z. B. is the case with metallic matrices. In the latter, workpieces have been able to a weight of less than 50 g can not be reshaped because of their low weight Weight the heat is removed too quickly by the metal matrices.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below in principle by way of example with reference to the drawing.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Matrize, bei der die Armierung nur ganz prinzipiell und nur über einen Mittelabschnitt hinweg dargestellt ist; Fig. 1 is a schematic perspective view of a die according to the invention, in which the reinforcement is shown only in principle and only over a central section;

Fig. 2 eine prinzipielle Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Matrize nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 2 is a schematic sectional view through a die according to the present invention a preferred embodiment of the invention, and

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Fasermatte aus Verstärkungsfasern, wie sie als Armierung bei einer erfindungsgemäßen Matrize eingesetzt werden kann. Fig. 3 is a perspective view of a fiber mat made of reinforcing fibers, as it can be used as reinforcement in a die according to the invention.

In Fig. 1 ist in einer rein schematischen Darstellung und in einer perspektivischen Schrägansicht eine Matrize 1 dargestellt, die aus einer Preßbüchse 2 besteht, die in ihrer Mitte mit einem zentralen Preßdurchgang 3 zum Verpressen des gewünschten Materiales, etwa durch Warmfließpressen, versehen ist. Dabei weist die Preßbüchse 2 einen Außendurchmesser von 100 mm auf, während der Durchmesser des Preßdurchganges 3 bei 50 mm liegt. Die Preßbüchse 2 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Al₂O₃ und ist durch Sintern hergestellt. Sie könnte jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen, insbesondere aus einer anderen oxidischen Keramik.In Fig. 1, a die 1 is shown in a purely schematic representation and in a perspective oblique view, which consists of a press sleeve 2 , which is provided in the middle with a central press passage 3 for pressing the desired material, for example by hot extrusion. The press sleeve 2 has an outer diameter of 100 mm, while the diameter of the press passage 3 is 50 mm. In the embodiment shown, the press sleeve 2 consists of Al ₂ O ₃ and is produced by sintering. However, it could also consist of another suitable material, in particular of another oxidic ceramic.

Die Preßbüchse 2 ist mit einer Armierung 4 versehen, die aus einem auf den Außenumfang der Preßbüchse 2 aufgewickelten endlosen Glasfaserstrang 5 besteht. Zur besseren Veranschaulichung und zur nur prinzipiellen Darstellung sind in Fig. 1 nur über einen mittleren Bereich der Preßbüchse 2 hinweg einzelne, stark vergrößert und mit großen Windungsabständen zueinander dargestellte Windungen des Glasfaserstranges 5 angegeben. Tatsächlich soll die in Fig. 1 dargestellte Matrize 1 aber über ihre gesamte axiale Länge hinweg eine Armierung 4 mittels des Glasfaserstranges 5 derart erhalten, daß die einzelnen Windungen des Glasfaserstranges 5 unmittelbar nebeneinander und über die gesamte axiale Länge der Spannhülse 2 hinweg angebracht sind. Dabei kann nur eine Lage solcher Windungen des Glasfaserstranges 5 vorgesehen sein, es ist jedoch gleichermaßen (und bevorzugt) möglich, wenn am Außenumfang der Preßbüchse 2 mehrere übereinander liegende Lagen von Glasfasersträngen 5 aufeinander gewickelt sind, wie dies bei der prinzipiellen Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Matrize 1 in Fig. 2 angedeutet ist.The press sleeve 2 is provided with a reinforcement 4 , which consists of an endless glass fiber strand 5 wound on the outer circumference of the press sleeve 2 . To better illustrate and basic illustration only 1 are given individual away only over a central region of the Preßbüchse 2, greatly enlarged and with large winding distances to each other turns of the glass fiber strand 5 shown in Fig.. In fact, the die 1 shown in Fig. 1 will however receive over its entire axial length a reinforcement 4 by means of glass fiber strand 5 such that the individual turns of the glass fiber strand 5 are mounted directly next to each other and over the entire axial length of the clamping sleeve 2 away. Only one layer of such turns of the glass fiber strand 5 can be provided, but it is equally (and preferably) possible if several layers of glass fiber strands 5 lying one above the other are wound on top of one another on the outer circumference of the press sleeve 2 , as is the case in the basic sectional view through a die according to the invention 1 is indicated in Fig. 2.

Die Matrize 1, deren Länge 115 mm bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beträgt, kann über ihre gesamte Länge hinweg soweit in Mehrfachlagen mit Verstärkungsfasern 5 umwickelt werden, daß ihr Außendurchmesser bis zu 260 mm beträgt.The die 1 , the length of which is 115 mm in the exemplary embodiment according to FIG. 1, can be wrapped in multiple layers with reinforcing fibers 5 over its entire length to such an extent that its outer diameter is up to 260 mm.

Die Preßbüchse 2 ist längs einer Durchmesserebene T-T in zwei Hälften getrennt, welche durch die Armierung 4 zusammengehalten werden.The press sleeve 2 is divided into two halves along a diameter plane TT, which are held together by the reinforcement 4 .

Da eine optimale Kräfteaufnahme durch die umwickelnden Verstärkungsfasern dann gegeben ist, wenn die Faserwicklungen sich (im Idealfall, der praktisch aber nicht erreichbar ist) in Wickelebenen senkrecht zur Längsachse der Preßbüchse 2 erstrecken würden, ist man bestrebt, unter einem Winkel zur Längsachse der Spannbüchse 2 zu wickeln, der möglichst wenig von dem (nicht erreichbaren) theoretischen Idealfall einer Lage von 90° zur genannten Längsachse liegt. Die Abweichung α von dieser Ideallage sollte kleiner als 15° sein.Since the reinforcing fibers that are wrapped around optimally absorb force when the fiber windings (ideally, which is practically but not attainable) would extend in winding planes perpendicular to the longitudinal axis of the press sleeve 2 , efforts are made to make an angle to the longitudinal axis of the clamping sleeve 2 to wind, which is as little as possible from the (unattainable) theoretical ideal case of a position of 90 ° to the longitudinal axis mentioned. The deviation α from this ideal position should be less than 15 °.

Die Wicklung kann als Parallelwicklung ausgeführt sein, wobei die Verstärkungsfasern 5 direkt nebeneinander oder, falls dies sinnvoll ist, mit einem kleinen Abstand voneinander verlaufen. Die Wicklung kann jedoch auch in Form einer Kreuzwicklung ausgeführt sein, bei der ein Verstärkungsfaserstrang 5 in einer Wickelrichtung und ein anderer Verstärkungsfaserstrang 5 in einer hierzu gekreuzten Wickelrichtung liegt. Es können auch verschiedene, radial übereinander liegende Wicklungen einer Verstärkungsfaserschicht in einer Richtung, in der nächsten Verstärkungsfaserschicht in einer davon abweichenden Richtung, in der nächsten Verstärkungsfaserschicht wieder in der ersten oder einer noch anderen Richtung ausgerichtet sein usw. Es besteht auch die Möglichkeit, daß bei unterschiedlichen Verstärkungsfaserschichten, die radial übereinander gewickelt sind, in unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Verstärkungsfasermaterialien und/oder Verstärkungsfasern mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.The winding can be designed as a parallel winding, the reinforcing fibers 5 running directly next to one another or, if this makes sense, at a small distance from one another. However, the winding can be embodied in the form of a cross wind in which a reinforcing fiber strand 5 in a winding direction and another reinforcing fiber strand 5 is located in a purpose crossed winding direction. Different, radially superposed windings of a reinforcing fiber layer can also be aligned in one direction, in the next reinforcing fiber layer in a different direction, in the next reinforcing fiber layer again in the first or another direction, etc. There is also the possibility that at different reinforcing fiber layers, which are wound radially one above the other, different reinforcing fiber materials and / or reinforcing fibers with different diameters are used in different layers.

Bevorzugt werden die Verstärkungsfasern der Armierung 4 unter einer vorgegebenen Vorspannung um die Preßbüchse 2 gewickelt, wodurch die Bruchanfälligkeit der Matrize 1 als hochbeanspruchtes Hohlformwerkzeug reduziert wird, weil dadurch die Gefahr von Gewalt- und/oder Ermüdungsbrüchen, wie sie z. B. insbesondere bei einer Kaltmassivumformung gegeben sein können, deutlich reduziert wird. Die aufgebrachte Vorspannung wird dabei entsprechend den Vorgaben des Fachmanns gewählt.Preferably, the reinforcing fibers of the reinforcement 4 are wound under a predetermined pretension around the press sleeve 2 , whereby the susceptibility to breakage of the die 1 as a highly stressed hollow mold is reduced, because this increases the risk of violent and / or fatigue fractures, as z. B. can be given in particular in a cold massive forming, is significantly reduced. The applied preload is selected according to the specifications of the expert.

Eine solche Matrize 1 kann bei einem Umformvorgang, z. B. bei einem Warmfließpressen, mit einem Innendruck von mehr als 2300 N/mm² belastet werden.Such a die 1 can in a forming process, for. B. in a hot extrusion, with an internal pressure of more than 2300 N / mm ² .

Der in Fig. 2 gezeigte prinzipielle Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Matrize 1 (die nicht der Ausführungsform aus Fig. 1 entspricht) kann z. B. zur Drahtherstellung (Drahtziehen) eingesetzt werden, die bevorzugt bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.The basic section shown in FIG. 2 through a preferred embodiment of a die 1 (which does not correspond to the embodiment from FIG. 1) can, for. B. for wire production (wire drawing), which is preferably carried out at elevated temperature.

Bei den Verfahren nach dem Stand der Technik ist es üblich, hier den Ausgangswerkstoff auf eine Temperatur von etwa 400°C bis 1200°C zu erwärmen und dann in das Werkzeug einzusetzen, wonach die Verpressung stattfindet. Dafür ist allerdings ein großer Energieaufwand erforderlich, da auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden muß, um dem Ausgangswerkstoff während des Umformvorgangs noch eine ausreichende, erwünschte Temperatur zu vermitteln. Dieser große Energieaufwand soll mittels der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform einer Matrize 1 herabgesetzt werden:
Bei dieser Ausführungsform besteht die Preßbüchse 2 aus einem Matrizeneinsatz 6 und einem diesem radial umfassenden Stützkern 7, wobei beide Teile aus Al₂O₃ gebildet werden. Der Matrizeneinsatz 6 und der Stützkern 7 bilden zusammen die Preßbüchse 2. In the methods according to the prior art, it is customary here to heat the starting material to a temperature of approximately 400 ° C. to 1200 ° C. and then to insert it into the tool, after which the pressing takes place. However, a large amount of energy is required for this, since it must be heated to a relatively high temperature in order to impart a sufficient, desired temperature to the starting material during the forming process. This large amount of energy is to be reduced by means of the embodiment of a die 1 shown in FIG. 2:
In this embodiment, the press sleeve 2 consists of a die insert 6 and a support core 7 which radially surrounds it, both parts being formed from Al ₂ O ₃ . The die insert 6 and the support core 7 together form the press sleeve 2 .

Wie Fig. 2 weiter zeigt, ist der Stützkern 7 radial auf seiner Außenseite mit einer Armierung 3 versehen, die sich aus einer radial mehrlagigen Umwicklung der Außenfläche der Preßbüchse 2 durch endlose Faserstränge aus Verstärkungsfasern 5 zusammensetzt. Diese Verstärkungsfaserstränge bestehen alle aus Glasfasern mit einem Querschnitt von 5 mm. Es wäre jedoch auch möglich, zunächst direkt auf der Außenoberfläche des Stützkerns 7 eine Lage von Glasfasern mit einem Faserdurchmesser von z. B. 1,5 mm zu wickeln, darüber eine Lage mit Glasfasern eines etwas größeren Durchmessers von z. B. 1,8 mm, darüber eine Glasfaserlage mit einem noch etwas größeren Durchmesser von z. B. 2 mm usw., d. h. der Durchmesser der aufgewickelten Glasfasern nimmt mit radial zunehmender Verstärkungsfaserlage etwas zu. Dadurch wird erreicht, daß in unmittelbarer Nähe des Außenumfangs der Spannbüchse zwei relativ eng beieinander liegende Glasfaserlagen mit einem relativ großen Anteil an flächiger Berührung auf der Außenoberfläche der Spannbüchse vorliegen, während dieser Effekt dann abnimmt, je weiter die nächste oder übernächste Glasfaserlage radial nach außen liegt.As FIG. 2 further shows, the support core 7 is provided radially on its outside with a reinforcement 3 , which is composed of a radially multi-layer wrapping of the outer surface of the press sleeve 2 by endless fiber strands made of reinforcing fibers 5 . These reinforcing fiber strands are all made of glass fibers with a cross section of 5 mm. However, it would also be possible to first lay a layer of glass fibers with a fiber diameter of, for example, directly on the outer surface of the support core 7 . B. 1.5 mm to wrap a layer with glass fibers of a slightly larger diameter of z. B. 1.8 mm, above a glass fiber layer with a slightly larger diameter of z. B. 2 mm, etc., ie the diameter of the wound glass fibers increases somewhat with the radially increasing reinforcing fiber layer. It is thereby achieved that in the immediate vicinity of the outer periphery of the bushing there are two relatively closely spaced glass fiber layers with a relatively large proportion of surface contact on the outer surface of the bushing, while this effect then decreases the further the next or the next but one glass fiber layer lies radially outward .

Um die Armierung 4 ist, wie Fig. 2 zeigt, schließlich noch ein Außenmantel 8 angebracht, der sie umgibt und radial von außen her hält und die gesamte Matrize 1 auch vor äußerer Einflußnahme schützen kann. Auch dieser Außenmantel kann wiederum aus Al₂O₃ gebildet sein. Es besteht jedoch ohne weiteres auch die Möglichkeit, den Matrizeneinsatz 6 und/oder den Stützkern 7 und/oder den Außenmantel 8 auch aus einem anderen Werkstoff zu bilden, z. B. aus einer isolierenden oxidischen Keramik. Bei der Armierung 4 könnten neben den bereits genannten Glasfasersträngen 5 ohne weiteres auch Kohlefaserstränge oder eine Mischung aus beiden Fasern eingesetzt werden.Around the reinforcement 4 , as shown in FIG. 2, there is finally an outer jacket 8 which surrounds it and holds it radially from the outside and can also protect the entire die 1 from external influence. This outer jacket can also be formed from Al ₂ O ₃ . However, it is also readily possible to also form the die insert 6 and / or the support core 7 and / or the outer jacket 8 from another material, for. B. from an insulating oxide ceramic. In the reinforcement 4 , carbon fiber strands or a mixture of the two fibers could also be used in addition to the glass fiber strands 5 already mentioned.

Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist radial in einem gewissen Abstand außen um die Matrize 1 herum eine Heizvorrichtung 9 angebracht, die in Fig. 2 nur prinzipiell angedeutet ist. Diese Heizvorrichtung 9 wird besonders bevorzugt als eine Induktionsheizung ausgebildet.In the illustration according to FIG. 2, a heating device 9 is attached radially at a certain distance outside the die 1 , which is only indicated in principle in FIG. 2. This heating device 9 is particularly preferably designed as an induction heater.

Da die Matrize 1 aus Bestandteilen aufgebaut ist, die alle aus Materialien bestehen, die keine elektrischen Leiter sind, sondern, wie weiter oben ausgeführt, aus einer isolierenden oxidischen Keramik bestehen können, kann durch die Induktionsheizung 9 bewirkt werden, daß genau und nur das zu verpressende Material innerhalb des Preßdurchgangs 3 gezielt erwärmt wird. Infolge des Aufbaus der Matrize 1 wird die im Preßdurchgang 3 im dort vorhandenen Material erzeugte Wärme auch nicht rasch wieder vom umzuformenden Werkstoff abgeführt, da die Wärmeableitung infolge der eingesetzten isolierenden oxidischen Keramik verhindert wird. Auf diese Weise wird eine stets ausreichende Erwärmung innerhalb des zu verformenden Werkstoffs während des ganzen Umformungsvorgangs stets sichergestellt, so daß auch recht kleine Werkstücke, etwa dünne Drähte, problemlos warm umgeformt werden können. Since the die 1 is made up of components, all of which are made of materials that are not electrical conductors, but, as explained above, can consist of an insulating oxide ceramic, the induction heater 9 can have the effect that exactly and only that pressing material is specifically heated within the press run 3 . As a result of the structure of the die 1 , the heat generated in the press pass 3 in the material present there is also not rapidly dissipated from the material to be reshaped, since heat dissipation due to the insulating oxide ceramic used is prevented. In this way, sufficient heating is always ensured within the material to be deformed during the entire shaping process, so that even very small workpieces, such as thin wires, can be hot-formed without problems.

Damit ist auch der Energieaufwand zur Erwärmung des Materiales vergleichsweise gering und die Temperatur beim Umformen kann genauer als bei bisher bekannten Matrizen geregelt werden, was auch für das in der Matrize 1 umzuformende Werkstück wichtig ist.This also means that the energy required to heat the material is comparatively low and the temperature during shaping can be regulated more precisely than with previously known dies, which is also important for the workpiece to be formed in die 1 .

Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht einer Fasermatte 10 aus Verstärkungsfasern, die anstelle der in Fig. 1 gezeigten Umwicklung der Preßbüchse 2 durch Verstärkungsfaserstränge als Armierung 4 eingesetzt werden könnte, wobei dann nur die freien Enden der Fasermatte 10 bei der Montage in geeigneter Weise festgelegt werden, z. B. durch Klammern o. ä. Fig. 3 shows a perspective view of a fiber mat 10 made of reinforcing fibers, which could be used as reinforcement 4 instead of the wrapping of the press sleeve 2 by reinforcing fiber strands shown in Fig. 1, in which case only the free ends of the fiber mat 10 are fixed in a suitable manner during assembly , e.g. B. by brackets or the like.

Wie Fig. 2 weiterhin zeigt, ist innerhalb des Preßdurchgangs 3 im Matrizeneinsatz 6 eine Durchmesserverjüngung bei 11 zur Verringerung des Durchgangsquerschnitts und zur Formgebung des mit der Matrize zu erzeugenden Drahtdurchmessers vorgesehen.As FIG. 2 further shows, a diameter taper at 11 is provided within the press passage 3 in the die insert 6 to reduce the passage cross section and to shape the wire diameter to be produced with the die.

Wegen der sehr prinzipiellen Darstellung der Figuren sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren zwischen den verschiedenen Teilen wiedergegebenen Größenverhältnisse nicht unbedingt die relativen Größenverhältnisse darstellen, wie sie bei der praktischen Ausführung solcher Matrizen tatsächlich auftreten. Dies gilt insbesondere für die radialen Ausdehnungen der einzelnen Matrizenbestandteile im Vergleich zueinander.Because of the very basic representation of the figures, it should be noted that the figures in the figures between the different parts reproduced proportions not necessarily the represent relative proportions, as in the practical implementation of such matrices actually occur. This applies in particular to the radial dimensions of the individual Matrix components compared to each other.

Claims

1. die ( 1 ) for highly stressed hollow forming tools with a press sleeve ( 2 ) and a reinforcement surrounding them ( 4 ), characterized in that the reinforcement ( 4 ) consists at least essentially of reinforcing fibers or fiber strands ( 5 ) which form the outer circumference the press sleeve ( 2 ) circulate.

2. Die according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers ( 5 ) are carbon, boron and / or glass fibers.

3. Die according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcement ( 4 ) encloses the press sleeve ( 2 ) with a preselected tension.

4. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement ( 4 ) consists of endless the press sleeve ( 2 ) wrapping reinforcing fiber strands ( 5 ).

5. A die according to claim 4, characterized in that the reinforcing fiber strands (5) at an angle (α) of less than 15 ° are wound to the radial plane of the Preßbüchse (2).

6. Die according to claim 4 or 5, characterized in that the reinforcing fiber strands ( 5 ) around the press sleeve ( 2 ) are cross-wound.

7. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement ( 4 ) in the form of at least one fiber mat encloses the press sleeve.

8. Die according to claim 7, characterized in that the fiber mat ( 10 ) is wound several times around the circumference of the press sleeve ( 2 ).

9. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press sleeve ( 2 ) consists of a material from the group of cold work steels, hot work steels, high-speed steels, ferrotitanate, hard metals, cermets and / or ceramic materials.

10. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press sleeve ( 2 ) consists of a die insert ( 6 ) which is surrounded by a support core ( 7 ).

11. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement ( 4 ) is enclosed by an outer jacket ( 8 ).

12. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press sleeve ( 2 ) is divided.

13. Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press sleeve ( 2 ) consists of ceramic and the reinforcing fibers ( 5 ) of the reinforcement ( 6 ) are glass fibers.

14. Die according to claim 13, characterized in that the ceramic is an insulating Is oxide ceramic.

15. Die according to one of the preceding claims, characterized in that a heating device ( 9 ) is arranged around the die ( 1 ).

16. Die according to claim 15, characterized in that the heating device ( 9 ) is designed as an induction heater.