DE19916566B4

DE19916566B4 - Matrix for highly stressed hollow molds

Info

Publication number: DE19916566B4
Application number: DE1999116566
Authority: DE
Inventors: Werner GÖDTNER
Original assignee: Wafios AG
Current assignee: Goedtner Werner De
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: DE19916566A1

Abstract

Matrize (1) für hochbeanspruchte Hohlformwerkzeuge mit einer Preßbüchse (2) und einer diese umschließenden Armierung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung (4) zumindest im wesentlichen aus Verstärkungsfasern oder -Fasersträngen (5) besteht, die den Außenumfang der Preßbüchse (2) umlaufen.die (1) for highly stressed hollow molds with a Preßbüchse (2) and this enclosing reinforcement (4), characterized in that the Reinforcement (4) at least substantially of reinforcing fibers or fiber strands (5) which is the outer circumference the press rifle (2) circulate.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrize für hochbeanspruchte Hohlformwerkzeuge mit einer Preßbüchse und einer diese umschließenden Armierung.The The invention relates to a die for highly stressed hollow molds with a rifle and one of these enclosing Reinforcement.

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 for the warm, as well as for The cold forming can be used, have been around for many Years of application in the industry. You will be especially at Extrusion presses used, such as. in the wire production or in the Naprückwärtswärtsfließpressen.

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. Grønbæk, 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 was used as a reinforcement, inter alia, the tape winding, at that a thin high-strength Steel strip is wound around a core, which is the internal pressure medium surrounds (see, for example, Grønbæk, J .: "Bandwickeln of tools for massive forming ", Dissertation, Technical University of Denmark 1981). It was found that longitudinal cracks on pressed rifles with cylindrical bore can be largely avoided if the Band while the winding process is loaded with a controlled voltage. In order to achieve an optimal bias state, the winding tension must be adapted from layer to layer. By means of this band-wound Matrices are significant improvements in allowable internal pressure possible in the Comparison to non-reinforced matrices. The disadvantage of this tape winding However, that is it consuming and expensive, since after the exploitation of the press bushing the entire winding package must be replaced.

Um diese Nachteile des Bandwickelns zu vermeiden, wurde die Bandarmierung entwickelt (siehe Grønbæk, J.: „Stripwound cold forging tools – a technical and economical alternative", Tagungsbericht der VDI-Gesellschaft Produktionstechnik, Kaltmassivumformung, B. 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.Around To avoid these disadvantages of tape winding, the tape armor developed (see Grønbæk, J .: "Stripwound cold forging tools - a technical and economic alternative ", Conference Report of the VDI-Gesellschaft Production Technology, Cold Forming, B. International Congress, Nuremberg, 17 and 18 September 1990). This is a steel strip around a support core hardened steel wound. The finished winding is covered by an outer jacket kept its shape and dimensions orient themselves to the tool holder. The press rifle is then introduced after the winding process in the support core by press-fitting. Due to the high hardness the support cores can the press rifles several times change. this leads to Compared to tape winding already at a cost savings, since replaced the rifles can be while the reinforcement can be maintained.

Aus der US 3 810 382 ist eine Matrize bekannt, die aus einem mindestens zweigeteilten Formkörper aufgebaut ist, dessen einzelne Teile mit Hilfe eines gewickelten, dünnen Metallbandes zusammengepreßt werden. Auch hier kann der die Preßbüchse bildende Formkörper ausgewechselt werden, während die Armierung durch das Metallband weiter beibehalten werden kann.From the US 3,810,382 is a die known, which is composed of a least two-part molded body, the individual parts are pressed together by means of a wound, thin metal strip. Again, the forming the Preßbüchse moldings can be replaced, while the reinforcement can be further maintained by the metal strip.

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 armored dies of the state However, the technique is that the steel strip used for band winding and banding only a tensile strength of about 1800 N / mm2 and thus the Preßbüchse also can only be subjected to limited pressure. This leads to, that the Winding, to achieve a certain strength, possibly a relatively large Space required and thereby also costly.

Aus der JP 04210813 A (Abstract) ist eine Keramikmatrize zur Erzeugung eines Metalldrahtes bekannt, der dabei einer induktiven Werkstückserwärmung ausgesetzt wird. Die Keramikmatrize selbst ist jedoch mit keinerlei sie armierenden Verstärkung versehen, so daß nur mit einem recht begrenzten Preßdruck entsprechend den Werkstoffeigenschaften der eingesetzten Keramik gearbeitet werden kann.From the JP 04210813 A (Abstract) is a ceramic die for producing a metal wire is known, which is exposed to an inductive workpiece heating. The ceramic matrix itself, however, is provided with no reinforcement reinforcing it, so that it is possible to work only with a very limited pressure according to the material properties of the ceramic used.

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.outgoing hereof the object of the invention is to propose a die, on the one hand with an even higher one Internal pressure used as previously known matrices and in the on the other hand, given a given internal pressure, a reduced die diameter can be achieved.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Matrize der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Armierung zumindest im wesentlichen aus Verstärkungsfasern oder -Fasersträngen besteht, die den Außenumfang der Preßbüchse umlaufen. 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 in a die of the type described above achieved in that the reinforcement at least essentially consists of reinforcing fibers or fiber strands, the outer circumference circulating the rifle. Technically used reinforcing fibers, how they are used today, in contrast to steel bands, such as they are used in reinforcements according to the prior art, a much greater tensile strength on, so that the inventive matrices with a much higher one Internal pressure can be charged.

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.Thereby, that the Fibers a higher Have tensile strength, the diameter of the die can also be reduced be because at a certain internal pressure compared to the reinforcement with steel bands considerably less fiber volume than reinforcement can be applied must, because by means of the stronger fibers even with less material the same Strength of the die can be achieved. This leads to a noticeable reduction of the radial thickness of the die and thus also to a weight saving.

Bevorzugt werden als Verstärkungsfasern Kohlenstoff-, Bor- und/oder Glasfasern eingesetzt.Prefers be used as reinforcing fibers carbon, Boron and / or glass fibers used.

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.For example, 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.

Kohle fasern weisen sogar eine noch höhere Zugfestigkeit, nämlich mehr als 7000 N/mm², auf.Carbon fibers even 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.In order to can the internal pressure of the die according to the invention during the forming process over known Matrices with steel band reinforcement can be increased considerably. As are the dimensions the template according to the invention can be kept very small, also the tools and The forming machines themselves are smaller in size, which is a significant cost savings result.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Matrize die Armierung die Preßbüchse mit einer 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.Farther It is advantageous if, in a die according to the invention, the reinforcement Press rifle with a selected one Tension encloses. As a result, a bias state is reached, which is still one further increase of the permissible Internal pressure leads, because by biasing the reinforcement 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.By Tangential pressure biases can increase the pressure susceptibility Be reduced molds, whereby longitudinal cracks on Preßbüchsen with cylindrical bore that over her entire length with uniform internal pressure be largely avoided. This is in the Cold, warm and hot massive forming, especially during 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.To a preferred embodiment of Invention, the reinforcement consists of endlessly wrapping the Preßbüchse Reinforcing fiber strands. Become the reinforcing fibers as endless fiber strands wrapped around the press rifle, The fiber strand can thereby with a controlled bias wrapped around the press rifle be or even without such.

Die Verstärkungsfaserstränge können ein- oder mehrlagig gewickelt werden, je nachdem, welche Kräfte aufzunehmen sind.The Reinforcement fiber strands can be on or off be wound in multiple layers, depending on which forces absorb are.

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 used reinforcing fiber strands can also any one skilled in the art Have cross-sectional shape, e.g. a substantially round, semicircular or oval cross-section. But there are others Cross sections conceivable, e.g. 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 bevorzugt die Verstärkungsfaserstränge unter einem Winkel von kleiner als 15° zur Radialebene der Preßbüchse gewickelt sind.The Winding the reinforcing fibers around the rifle can both in the form of juxtaposed fiber windings (namely with or without space between each winding), as well as in shape of cross windings, preferably the reinforcing fiber strands under an angle of less than 15 ° to Radial plane of the press sleeve wound are.

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.are the reinforcing fiber strands are wound around the press ram, so they are not always at the same angle during the forming process subjected to tensile stress. This has the advantage that also at not exact alignment of the reinforcing fibers in the fiber strand Overall, a very good tensile strength can be achieved since through the different superimposed ones Windings the Zugspannungsbeaufschlagung the fiber strand over the Whole 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 in the form of at least one Fiber mat encloses the press ram. For this then have to the reinforcing fibers no longer in the form of a fiber bundle be wound as a prepared fiber mat are used can. The attachment of such a fiber mat can by bracing their mat ends against each other or in any other appropriate Done way. In this case, such a fiber mat also several times wrapped around the circumference of the press ram be followed by their outside End edge suitably fixed on the underlying mat layer can be.

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. turn over reinforcing fibers be made and designed as a kind of ring, the mats radially outside surrounds. Likewise could the attachment also by a kind of clip from any of the skilled artisan material be made. Even a 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.Of others can The fiber mats but also be designed so that they have a Have the same length of the circumference of the press ram to be wrapped and fastened together at their ends. The can Fiber mats cover something with their end areas or lie on impact. As a fastener can all familiar to the expert Serve fasteners. So can e.g., to bias the fiber mats slightly, elastic fasteners be used, but also staples or rings of any suitable Material (including Reinforcing fiber materials itself) 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 but may be the same also find fiber-reinforced materials application, which have a directional fiber reinforcement, so that the reinforcing fibers circulate the Preßbüchse again substantially. The fiber-reinforced materials can be formed both as a kind of strand or as a fiber mat.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Preßbüchse aus einem Werkstoff aus der Gruppe Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle Schnellarbeitsstähle, Ferrotitanat, Hartmetalle, Cermets und/oder keramische Werkstoffe besteht. Diese Werkstoffe haben bei der Anwendung für Hohlformwerkzeuge beste Eigenschaften gezeigt.Advantageous it is also when the rifle made a material from the group of cold work tool steels, hot working steels, high speed steels, ferrotitanate, Hard metals, cermets and / or ceramic materials. These Materials have best properties when used for hollow molds shown.

Die Schnellarbeitsstähle können dabei schmelzmetallurgisch und pulvermetallurgisch hergestellt werden. Die keramischen Werkstoffe sind bei Umformwerkzeugen bevorzugt oxidkeramische Werkstoffe.The High-speed steels can are melt-metallurgical and powder metallurgy produced. The ceramic materials are preferably oxide ceramic materials in forming tools.

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.Prefers Furthermore, the die consists of a die insert, the one of supporting core is surrounded, i. the reinforcement is wrapped around a support core. The matrix insert can e.g. fitted by press-fitting and also in certain circumstances be changed several times. So the reinforcement can be used even longer because a used die insert will only be replaced must, without that every time also a new reinforcement would have to be made.

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.to Clarification should be made that if such a support core used In the following, the term "Preßbüchse" always the Matrizeneinsatz with the support core that means everything that is wrapped with the reinforcement.

Günstigerweise wird die Armierung auch ihrerseits noch von einem Außenmantel eingeschlossen, 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 is in turn still of an outer shell enclosed, which can be made of any suitable material and once to protect the reinforcement from external influences, but also for holding serve the reinforcement and possibly even those described above Can replace fasteners for attaching the reinforcement.

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.A advantageous embodiment of the invention also consists in that the Preßbüchse is divided. Normally matrices do not get along their entire length uniform internal pressure acted upon, but are limited in their length pressure chambers or stepped matrix forms the rule. It can cross-cracks in places of Stress concentrations or voltage jumps occur, especially at Preßbüchsenwerkstoffen with low viscosity, such as sintered hard metals, high-hardened high-speed steels or also ceramics. In the simplest way can through these thrusts length adjustment or counteracted by transverse division of Preßbüchse. Such transversely divided Preßbüchsen are can always be used successfully if the die shape is compressed by upsetting of the molding material filled is, because in general at the point of separation no hydraulic state prevails and thus no molding material enters the fugue.

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.Farther the die is preferably axially biased. This allows comparison voltage peaks be degraded in the shoulder area of a die. This is how one works axial preload presumably the propagation of a once occurred Tear and lead therefore, that the Die can be used at relatively high internal pressures.

Bevorzugt besteht die Preßbüchse aus Keramik und die Verstärkungsfasern der Armierung sind Glasfasern, wobei als Keramik besonders bevorzugt eine isolierende Oxidkeramik eingesetzt werden kann.Prefers If the press rifle is made Ceramic and the reinforcing fibers the reinforcement are glass fibers, with a particularly preferred ceramic insulating oxide ceramic can 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, becomes one for hot or warm forging around the die Heating device arranged to the material to be formed within to heat the matrix and thus the heat targeted to the place of transformation.

Als Heizvorrichtung kann jede geeignete Heizvorrichtung verwendet werden, die bei solchen Matrizen sinnvoll einsetzbar ist.When Heater can be used any suitable heating device which is useful in such matrices.

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.Preferably the heater is designed as induction heating, with the material to be formed in the die is very good and to heat specifically lets, what allows an energy-saving operation.

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.at a very particularly preferred embodiment of the invention is the Reinforcing made of glass fibers, the ram made of an insulating Oxide ceramic and around the die is arranged induction heating. As doing the reinforcement of glass fibers and the Preßbüchse insulating oxide ceramics are insulating substances, the workpiece can be in the Matrix particularly effective and fast on the induction heating used very targeted and without unwanted heat heated to the outside become. Because the two insulating materials used also Poor thermal conductors can be used in this design Invention also workpieces be transformed by less than 50 g warm because of the matrix Heat not is derived as quickly as e.g. in metallic dies the case is. In the latter so far workpieces with a weight of less than 50 g so as not to be reshaped because because of their low weight, the heat through the metal matrices withdrawn too quickly.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert.The Invention will now be described by way of example with reference to the drawing in principle even closer explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Matrize, bei der die Armierung nur ganz prinzipiell und nur über einen Mittelabschnitt hinweg dargestellt ist; 1 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 portion away;

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

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

In 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 1 is a template in a purely schematic representation and in a perspective oblique view 1 shown, from a rifle 2 which is at its center with a central press passage 3 for pressing the desired material, such as by hot extrusion, is provided. In this case, the Preßbüchse 2 an outer diameter of 100 mm, while the diameter of the press passage 3 at 50 mm. The press rifle 2 consists in the illustrated embodiment of Al ₂ O ₃ and is made by sintering. However, it could also consist of another suitable material, in particular of another oxide 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 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 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 2 angedeutet ist.The press rifle 2 is with a reinforcement 4 provided, which consists of a on the outer circumference of the ram 2 wound endless glass fiber strand 5 consists. For a better illustration and only a basic representation are in 1 only over a middle area of the ram 2 away individual, greatly enlarged and with large winding distances to each other shown turns of the glass fiber strand 5 specified. In fact, the in 1 shown template 1 but a reinforcement over its entire axial length 4 by means of the glass fiber strand 5 obtained such that the individual turns of the glass fiber strand 5 immediately next to each other and over the entire axial length of the clamping sleeve 2 are attached away. It can only one layer of such turns of the glass fiber strand 5 be provided, but it is alike (and preferred) possible if on the outer circumference of the Preßbüchse 2 several superimposed layers of glass fiber strands 5 are wound on each other, as in the basic sectional view through a die according to the invention 1 in 2 is indicated.

Die Matrize 1, deren Länge 115 mm bei dem Ausführungsbeispiel nach 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 matrix 1 whose length is 115 mm in the embodiment according to 1 can, over its entire length far enough in multiple layers with reinforcing fibers 5 wrapped so that their 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 rifle 2 is separated along a diameter plane TT in two halves, which by the reinforcement 4 held together.

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 an optimal absorption of force by the wrapping reinforcing fibers is given when the fiber windings (ideally, but not achievable) in winding planes perpendicular to the longitudinal axis of the press ram 2 would extend, one endeavors, at an angle to the longitudinal axis of the clamping sleeve 2 to wind, which is as little as possible of the (unachievable) theoretical ideal case of a position of 90 ° to said longitudinal axis. 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 may be designed as a parallel winding, wherein the reinforcing fibers 5 directly next to each other or, if appropriate, with a small distance from each other. However, the winding may also be in the form of a cross winding in which a reinforcing fiber strand 5 in one winding direction and another reinforcing fiber strand 5 lies in a winding direction crossed for this purpose. Also, different radially superposed windings of a gain fiber layer in one direction, in the next gain fiber layer in a different direction, in the next gain fiber layer again in the first or another direction, etc. It is also possible that at different reinforcing fiber layers, which are wound radially over each other, in different layers different reinforcing fiber materials and / or reinforcing fibers are used with different diameters.

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.Preference is given to the reinforcing fibers of the reinforcement 4 under a predetermined bias around the Preßbüchse 2 wound, whereby the susceptibility to breakage of the die 1 is reduced as a highly stressed mold tool, because thereby the risk of violent and / or fatigue fractures, as they can be given, for example, especially in a cold massive forming, is significantly reduced. The applied bias is chosen according to the specifications of the skilled person.

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 template 1 can be loaded with an internal pressure of more than 2300 N / mm ² in a forming process, for example in a hot extrusion.

Der in 2 gezeigte prinzipielle Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Matrize 1 (die nicht der Ausführungsform aus 1 entspricht) kann z.B. zur Drahtherstellung (Drahtziehen) eingesetzt werden, die bevorzugt bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.The in 2 shown basic section through a preferred embodiment of a die 1 (not from the embodiment 1 corresponds) can be used for example 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 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 of the prior art, it is customary here to heat the starting material to a temperature of about 400 ° C to 1200 ° C and then insert it into the tool, after which the compression takes place. For this, however, a large amount of energy is required because it must be heated to a relatively high temperature in order to provide the starting material during the forming process still a sufficient, desirable temperature. This large amount of energy should by means of in 2 shown embodiment of a die 1 be reduced:
In this embodiment, the Preßbüchse 2 from a die insert 6 and a radially comprehensive support core 7 , wherein both parts are formed from Al ₂ O ₃ . The matrix insert 6 and the support core 7 together form the press rifle 2 ,

Wie 2 weiter zeigt, ist der Stützkern 7 radial auf seiner Außenseite mit einer Armierung 4 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 5mm. 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 2 further shows, is the support core 7 radially on its outside with a reinforcement 4 provided, consisting of a radial multilayer wrapping of the outer surface of the Preßbüchse 2 by endless fiber strands of reinforcing fibers 5 composed. These reinforcing fiber strands are all made of glass fibers with a cross section of 5mm. However, it would also be possible, initially directly on the outer surface of the support core 7 a layer of glass fibers with a fiber diameter of eg 1.5 mm to wind, about a layer of glass fibers of a slightly larger diameter of for example 1.8 mm, about a glass fiber layer with a slightly larger diameter of eg 2 mm, etc., ie the Diameter of the wound glass fibers increases somewhat with radially increasing reinforcing fiber layer. It is thereby achieved that in the immediate vicinity of the outer periphery of the clamping bush two relatively closely spaced glass fiber layers are present with a relatively large proportion of surface contact on the outer surface of the clamping sleeve, while this effect then decreases, the further the next or the next fiberglass layer is radially outward ,

Um die Armierung 4 ist, wie 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.To the reinforcement 4 is like 2 shows, finally, an outer jacket 8th attached, which surrounds them and holds radially from the outside and the entire die 1 can also protect against external influence. This outer sheath can also be formed from Al ₂ O ₃ . However, there is also the possibility of the die insert 6 and / or the support core 7 and / or the outer jacket 8th Also to form a different material, for example, from an insulating oxide ceramic. In the reinforcement 4 could in addition to the already mentioned fiberglass strands 5 Carbon fiber strands or a mixture of both fibers can also be used without difficulty.

Bei der Darstellung nach 2 ist radial in einem gewissen Abstand außen um die Matrize 1 herum eine Heizvorrichtung 9 angebracht, die in 2 nur prinzipiell angedeutet ist. Diese Heizvorrichtung 9 wird besonders bevorzugt als eine Induktionsheizung ausgebildet.In the presentation after 2 is radially at a certain distance outside around the die 1 around a heater 9 attached in 2 only indicated in principle. This heater 9 is particularly preferably formed 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.Because the matrix 1 is constructed of components that are all made of materials that are not electrical conductors, but, as stated above, may consist of an insulating oxide ceramic, by the induction heating 9 be effected that exactly and only the material to be pressed within the press pass 3 is heated specifically. As a result of construction of a matrix 1 will be in the press pass 3 Heat generated in the existing material there is also not quickly dissipated again from the material to be formed, since the heat dissipation is prevented due to the insulating oxide ceramic used. In this way, always sufficient heating within the material to be deformed during the entire forming process is always ensured, so that even quite small workpieces, such as thin wires, can be easily converted hot.

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.Thus, the energy required to heat the material is comparatively low and the temperature during forming can be regulated more accurately than in previously known matrices, which also applies to that in the matrix 1 workpiece to be formed is important.

3 zeigt eine Perspektivansicht einer Fasermatte 10 aus Verstärkungsfasern, die anstelle der in 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. 3 shows a perspective view of a fiber mat 10 made of reinforcing fibers, which replace the in 1 shown wrapping the Preßbüchse 2 by reinforcing fiber strands as a reinforcement 4 could be used, in which case only the free ends of the fiber mat 10 be determined during assembly in a suitable manner, for example by brackets or similar.

Wie 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 2 Further shows is within the press pass 3 in die insert 6 a diameter taper at 11 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 proportions shown in the figures between the various parts do not necessarily represent the relative proportions, as they actually in the practical execution of such matrices occur. This applies in particular to the radial expansions of the individual die components in comparison to each other.

Claims

Die ( 1 ) for highly stressed hollow molds with a press ram ( 2 ) and a surrounding this reinforcement ( 4 ), characterized in that the reinforcement ( 4 ) at least substantially of reinforcing fibers or fiber strands ( 5 ), the outer circumference of the ram ( 2 ).

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

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

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

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

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

Die according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement ( 4 ) in the form of at least one fiber mat ( 10 ) encloses the press rifle.

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

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

Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press ram ( 2 ) from a die insert ( 6 ) supported by a support core ( 7 ) is surrounded.

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

Die according to one of the preceding claims, characterized in that the press ram ( 2 ) is shared.

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

Die according to claim 13, characterized that the Ceramics is an insulating oxide ceramic.

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

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