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Verfahren zum Herstellen eines Ziehwerkzeuges vorzugs-
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weise für die Formgebung von Blechteilen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Herstellen eines Ziehwerkzeuges vorzugsweise für die Formgebung
von Blechteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei der Herstellung solcher Ziehwerkzeuge werden in der Regel die
einzelnen Teile - Ziehmatrize, Ziehstempel und Blechhalter - einzeln gegossen und
dann durch Fräsen, Schleifen und Eintuschieren einander angepaßt. Ein solches Herstellungsverfahren
ist langwierig, vor allem erfordert das Eintuschieren einen hohen Zeitaufwand. Ein
solcher Zeitaufwand ist insbesondere bei Vorserienwerkzeugen, die in der. Kraftfahrzeugindustrie
zum Bau von Prototypen dienen, nicht vertretbar. Da in einem solchen Stadium das
Blechkleid des neuen Fahrzeuges noch nicht endgültig festliegt, müssen die Vorserienwrkzeuge
immer wieder schnell geändert werden.
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Es wurde schon vorgeschlagen, ein Ziehwerkzeug dadurch herzustellen,
daß an ein Blechteil der eigentliche Werkzeugkörper angegossen wird. Die Form des
Blechteils entspricht dabei der Kontur des später herzustellenden Blechteils unter
Berücksichtigung der Blechstärke. Auf diese Weise läßt sich aber nur ein zweiteiliges
Werkzeug aus Ziehmatrize und Ziehstempel herstellen. Zweiteilige Werkzeuge eignen
sich nur bedingt für das Ziehen von Blech, da das zu formende Blechteil während
des Ziehvorganges
Falten wirft. Will man mit diesen Ziehwerkzeugen
größere Ziehtiefen vornehmen, so ist das nur möglich, wenn der Ziehvorgang in Einzelschritte
aufgeteilt wird, zwischen denen jedesmal die Falten des Bleches glattgehämmert werden
müssen.
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Es ist zwar möglich, solche Werkzeuge mit einem Blechhalter aus einer
Stahlplatte zu versehen. Der Nachteil liegt darin, daß die Stahlplatte nur horizontal
ausgerichtete Randbereiche des zu verformenden Blechteils festhalten kann. Sind
die Randbereiche abgewinkelt oder sonstwie geformt, muß der Blechhalter dieser Form
angepaßt werden, was die Herstellung des Werkzeuges wieder verlängert und verteuert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ziehwerkzeug aus Ziehmatrize, Ziehstempel
und Blechhalter zu schaffen, dessen Herstellung schnell und kostengünstig ist und
mit dem sich Blechteile jeder beliebigen Formgebung æiehen lassen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruches
gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den#Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren benötigt nur wenig Arbeitsschritte.
Eine zerspanende Bearbeitung, die in der Regel kostenintensiv und zeitraubend ist,
entfällt.
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Allenfalls ist es notwendig, die Einlaufradien an der Ziehmatrize
zu polieren.
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Das Musterteil läßt sich in der üblichen Weise, beispielsweise durch
Hämmern, herstellen. Ebenso die Ziehanlage und der Kasten mit der Form der Umrißkontur
des Ziehstempels.
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Während darauf zu achten ist, daß sowohl das tlusterteil als auch
die Ziehanlage die gleiche Blechstärke aufweisen wie das später mit dem Ziehwerkzeug
herzustellende Blech-
teil, kann die Wandstärke des Kastens frei
gewählt werden. Es ist nur darauf zu achten, daß sich beim fertigen Ziehwerkzeug
der Ziehstempel ohne BerUhrung durch den Blechhalter bewegen läßt.
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Als Gießmaterial nimmt man zweckmäßigerweise eine niedrig schmelzende
Legierung. Dadurch läßt sich das Ziehwerkzeug leicht einschmelzen, wenn es verschlissen
ist oder nicht mehr gebraucht wird. Das so gewonnene Material kann dann wieder für
eine neues Ziehwerkzeug verwendet werden. Es läßt sich aber auch jedes andere gießbare
Material verwenden.
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Um während des Gießvorganges den Abkühlungsprozeß des Gießmaterial
zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, Kühlschlangen mit einzugießen. Dabei kann
das Kühlmedium, normalerweise Wasser, bereits während des Eingießens in den Kühlschlangen
zirkulieren. Dadurch erhält man neben der kürzeren Abkühlzeit ein festeres Gefüge
des Werkstoffs, was sich wiederum günstig auf die Standzeit des Ziehwerkzeuges auswirkt.
Die Kühlschlangen bleiben im fertig gegossenen Werkzeug. Daraus ergibt sich der
Vorteil, daß beim Arbeitseinsatz das Ziehwerkzeug über diese Kühlschlangen aufgeheizt
werden kann und damit ein Warmziehen ermöglicht. Allerdings ist dann auf den Schmelzpunkt
zu achten. So dürfte ein solches Warmziehen bei einem Werkzeug aus einer Wismut-Zinn-Legierung
nicht in Frage kommen, da bei dieser Legierung der Schmelzpunkt zu niedrig liegt.
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Ziehwerkzeuge, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer
Wismut-Zinn-Legierung hergestellt werden. verschleißen erst nach dem Ziehen von
mehreren hundert Blechteilen, Das ist in der Regel ausreichend für Vorserienwerkzeuge.
Ist aber eine höhere Standzeit erwünscht, können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung die maßgeblichen Oberflächen des Werkzeuges mit einer verschleißfesten
Schicht überzogen werden.
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Dies geschieht dadurch, daß die Baugruppe aus Musterteil, Ziehanlage
und Kasten vor dem Gießen beispielsweise galvanisch beschichtet wird und zwar zunächst
mit einer 2-4 mm dicken Hartnickelschicht über die dann eine Kupferschicht mit 5-20
mm Dicke abgeschieden wird. Es sind aber auch andere Werkstoffe denkbar, soweit
sie sich für die galvanische Beschichtung eignen. Die verschleißfeste Oberflächenschicht
kann aber auch durch andere Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Metallspritzen.
Die so gewonnene Schicht verbindet sich beim Gießen mit dem Gießmaterial und bleibt
dadurch beim Trennen des Gußblocks an den Oberflächen der einzelnen Werkzeugteile
fest haften. Um das Trennen zu erleichtern, wird die Baugruppe vor dem Beschichten
mit einem Trennmittel eingesprüht.
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Das vollständige Umgießen macht es notwendig, daß die Baugruppe mit
Abstand vom Boden im Gießkasten angeordnet werden muß. Am zweckmäßigsten ist es
daher, wenn sie mit Blechstreifen in den Gießkasten eingehängt wird. Das Gießmaterial
kann dann leicht durch Durchbrüche in der Ziehanlage hindurchfließen und den darunter
liegenden Raum ausfüllen. Die Anzahl und die Abmessungen der Durchbrüche richten
sich nach den jeweiligen Gießbedingungen.
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Ziehwerkzeuge sind in der Regel mit Ziehsicken versehen, deren Aufgabe
es ist, die Blechhalterung während des Ziehvorganges zu unterstützen. Bei einem
Werkzeug, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, lassen sich
solche Ziehsicken anbringen, in dem die Ziehanlage entsprechende Ausprägungen aufweist.
Es ist aber auch möglich, Blechstücke in Form einer Ziehsicke an die Ziehanlage
mit Schweißpunkten anzuheften.
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Werkzeuge lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem
einzigen Gießvorgang herstellen. In der Regel wird aber bei einem solchen Werkzeug
vor dem Einbau in die Presse der Ziehstempel mit einer Stempelplatte bestückt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Stempelplatte
beim Gießen gleich an den Ziehstempel mitangießen Hierzu wird um den bodenlosen
Kasten an seinem der Ziehanlage gegenüberliegenden Ende zusätzlich eine horizontale
Platine angeordnet und am Kasten beispielsweise durch Schweißpunkte befestigt. Die
Platine hat die gleichen Endabmessungen wie die Ziehanlage. Beim Gießen wird nun
auch der Raum mit Gießmaterial ausgefüllt, der über der Platine liegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkzeug beim
Gießen mit Führungen versehen. Das läßt sich beispielsweise mit Führungssäulen bewerkstelligen,
die vor dem Gießen vertikal im Gießkasten angeordnet werden und dabei die Platine
und die Ziehanlage durchstoßen.
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Die Führungssäulen sind vorzugsweise aus Stahl gefertigt und verbleiben
nach dem Gießen im Werkzeug. Beim Abkühlen des Gießmaterials entsteht an den Führungssäulen#genügend
Zwischenraum, um die einzelnen Werkzeugteile an ihnen entlang bewegen zu können.
Es sind aber nicht nur Säulenführungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen,
auch Stollenführungen sind beispielsweise denkbar.
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Ferner lassen sich beim Gießen des Werkzeuges Führungsbohrungen in
der Stempelplatte für Betätigungselemente vorsehen, die auf den Blechhalter wirken.
Solche Betätigungselemente sind normalerweise hydraulisch beaufschlagte Bolzen,
die im Pressentisch angeordnet sind und während des Ziehvorganges auf den Blechhalter
drücken. Die Führungsbohrungen für solche Betätigungselemente lassen sich nach der
Erfindung dadurch herstellen, daß vor dem Giessen Kerne in den erforderlichen Abständen
auf der zusätzlichen Platine angeordnet werden.
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Die Oberfläche der Stempelplatte, wie die beim Gießen entsteht, ist
meistens nicht eben, sondern leicht gewellt.
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Es kann daher notwendig werden, sie vor dem Einbau des
Werkzeuges
in die Presse plan zu hobeln. Um das zu vermeiden, werden in einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung Platten mit nach unten zeigenden lrerankerungselementen vor dem Gießen
über den oberen Rand des Gießkastens gelegt. Es werden vorzugsweise zwei Platten
aus Stahl verwendet, die mit Abstand voneinander angeordnet werden. Beim Gießen
läßt man das Gießmaterial bis mindestens an die Unterseite der Platten steigen.
Nach dem Erkalten des Gießmaterials sind die Platten dann fest mit der Stempelplatte
verbunden.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn diese Platten bei der Anordnung der
Führungssäulen und der Kerne für die Betätigungselemente herangezogen werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchenund der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit der dazugehörigen Zeichnung. In der Zeichnung sind dargestellt in - Fig. 1 ein
Musterteil mit angeschweißter Ziehanlage, - Fig. 2 das Musterteil mit der Ziehanlage
nach Fig. 2 um 900 gedreht und mit aufgesetztem Kasten, Fig. 3 ein Gießkasten mit
dem gegossenen Werkzeug und - Fig. 4 eine Draufsicht auf diesen Gießkasten.
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Zur Herstellung des Ziehwerkzeuges wird an ein Musterteil 1 eine Ziehanlage
2 mit Schweißpunkten 3 befestigt (Fig.1).
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Das Musterteil 1 und die Ziehanlage 2 sind aus Blech gefertigt und
gleich stark. Ihre Blechstärke und ihre zusammengesetzte Form entsprechen dem Blechteil,
das mit dem späteren Ziehwerkzeug hergestellt werden soll Die Ziehanlage 2 dient
zur Ausbildung jener Abschnitte der Ziehmatrize, die als Gegenstück zum Blechhalter
mit diesem zusammen das Blechteil während des Ziehvorganges
festhalten.
Für diesen Zweck weist die Ziehanlage 2 außerdem Ziehsicken 4 auf, die auf der Fläche
nahm dem Musterteil 1 angeordnet sind. In Fig. 1 ist die Ziehanlage 2 einstückig
ausgeführt, es ist aber ohne weiteres denkbar, sie nach Bedarf aus mehreren Teilen
zusammenzusetzen.
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Als nächster Arbeitsgang wird auf das Musterteil ein bodenloser Kasten
5 mit der Form der Umrißkontur des späteren Ziehstempels aufgesetzt und wiederum
mit Schweißpunkten 3 befestigt. Weiter wird um den bodenlosen Kasten 5 an seinem
der Ziehanlage 2 gegenüberliegenden Ende eine horizontale Blechplatine 14 mit Schweißpunkten
angeheftet.
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Die Blechplatine 14 hat die gleichen Endabmessungen wie die Ziehanlage
2. Ihre Stärke kann frei gewählt werden. An die so gewonnene Baugruppe werden Blechstreifen
6 befestigt.
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Außerdem wird sie mit einem Trennmittel versehen. Zusätzlich können
an den Außenwänden des bodenlosen Kastens 5 Wachsplatten 15 angeklebt werden. Sie
gleichen eventuelle Abweichungen von der vertikalen Ebene der Außenwände aus und
sichern so die Trennung des gegossenen Ziehstempels von dem Blechhalter.
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Mit den Blechstreifen 6 wird die Baugruppe in einen Gießkasten 7 eingehängt
und mit Kühlschlangen 8 umgeben. Dabei sind die Kühlschlangen im unteren Bereich
des Gießkastens 7 vor dem Einhängen der Baugruppe eingelegt worden. Außerdem sind
die Kühlschlangen 8 so angeordnet, daß sie die Baugruppe nicht berühren.
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Die Zu- und Abflüsse der Kühlschlangen sind außerhalb des Gießkastens
7 an einem Kühlmittelkreislauf angeschlossen (nicht dargestellt).
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über den oberen Rand des Gießkastens 7 werden zwei Stahlplatten 16
mit Abstand voneinander gelegt. An den Stahlplatten 16 sind nach unten in den Gießkasten
7 ragende Verankerungselemente 17, 18 befestigt. Die Verankerungselemente 18 weisen
eine Führungsbohrung auf, die mit
entsprechenden Durchbrüchen in
der Blechplatine 14 und Ziehanlage 2 fluchten. In diese Führungsbohrugen werden
Führungssäulen 19 bis zum Boden 20 elngesc#oben.
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Weiter sind in den Stahlplatten 15 Bohrungen vorgesehen, in denen
Kerne 21 bis zur Blechplatine 14 eingeschoben werden. Mit den Kernen 21 werden die
Führungsbohrungen für die Betätigungsbolzen gebildet, die beim fertigen Werkzeug
während des Ziehvorganges den Blechhalter niederdrücken.
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Abschließend werden am Gießkasten 7 noch Kerne 9 für Spann-Nuten und
Tragzapfen für das spätere Werkzeug angebracht.
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Nun wird der Gießkasten mit einer Wismut-Zinn-Legierung vollständig
ausgegossen. Damit das Gießmaterial in alle Bereiche des Gießkastens gelangen kann,
weist die Ziehanlage 2 und die Blechplatine 14 Durchbrüche 10 auf, durch die das
Gießmaterial fließen kann. Nachdem der Gießkasten vollständig mit Gießmaterial ausgefüllt
ist, d.h. das Gießmaterial ist bis an die Unterseite der Stahlplatten 16 gestiegen,
läßt man das Kühlmedium durch die Kühlschlangen 8 strömen. Es ist ohne weiteres
ersichtlich, daß mit der Kühlung schon früher begonnen werden kann, im äußersten
Fall bereits mit dem Beginn des Eingießens.
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Sobald das Gießmaterial sich abgekühlt hat, wird der Gießkasten entfernt
und der Gußblock beispielsweise in eine Presse eingespannt und in Ziehmatrize 11,
Ziehstempel 12 mit Stempelplatte und Blechhalter 13 getrennt. Soweit es notwendig
ist, werden die Oberflächen dieser einzelnen Teile noch fein geputzt und die Einlaufradien
poliert.
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