DE3148239C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Ziehwerkzeuges, vorzugsweise für die Formgebung von Blechteilen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei der Herstellung solcher Ziehwerkzeuge werden in der Regel die einzelnen Teile - Ziehmatrize, Ziehstempel und Blech- oder Nie­ derhalter - einzeln gegossen und dann durch Fräsen, Schleifen und Eintuschieren einander angepaßt. Ein solches Herstellungs­ verfahren 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 Vorserienwerkzeuge immer wieder schnell geändert werden.

Es wurde schon vorgeschlagen, ein Ziehwerkzeug dadurch herzu­ stellen, daß an ein Blechteil der eigentliche Werkzeugkörper an­ gegossen wird. Die Form des Blechteils entspricht dabei der Kon­ tur des später herzustellenden Blechteils unter Berücksichtigung der Blechstärke. Auf diese Weise läßt sich aber nur ein zwei­ teiliges 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.

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.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit zeigt die CH-PS 4 07 018. Hier wird das Ziehwerkzeug in der Presse selbst geformt. Zu diesem Zweck weist das Pressenunterteil einen Behälter mit einer niedrig­ schmelzenden Legierung auf. In die flüssige Legierung wird ein Musterteil, das dem später zu ziehenden Blechteil entspricht, ein­ getaucht. Dabei füllt sich der Innenraum des Musterteils über kleine Löcher mit der Schmelze. Als nächster Arbeitsschritt fährt eine Schiene, die am oberen Pressenteil befestigt ist und den Kern des späteren Ziehstempels bildet, in das mit der Schmelze gefüllte Musterteil hinein. Sodann wird die Schmelze gekühlt, und wenn sie erstarrt ist, fährt das Pressenoberteil zurück. Es nimmt dabei den durch die erstarrte Schmelze um die Schiene herum gebildeten Ziehstempel nach oben mit. Ebenso bleibt das Musterteil zunächst am Stempel hängen. Zurück bleibt in dem Kasten die ebenfalls durch die übriggebliebene erstarrte Schmelze gebildete und durch das Musterteil geformte Ziehmatrize. Abschließend wird am oberen Pressenteil noch ein Rohlings- oder Blechhalter befestigt. Damit ist das Ziehwerkzeug komplett.

Auch dieses vorbekannte Ziehwerkzeug weist unter anderem den oben genannten Nachteil auf, nämlich daß mit ihm nur solche Bleche mit horizontal ausgerichteten Randbereichen verformt wer­ den können.

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 ziehen lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Haupt­ anspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren benötigt nur wenige Arbeitsschritte. Eine zerspanende Bearbeitung, die in der Regel kostenintensiv und zeitraubend ist, entfällt. Allenfalls ist es notwendig, die Einlaufradien an der Ziehmatrize zu polieren.

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.

Während darauf zu achten ist, daß sowohl das Musterteil als auch das zur Ausbildung der Ziehanlageflächen dienende Blechteil die gleiche Blechstärke aufweisen wie das später mit dem Ziehwerkzeug herzustellende Blechteil, kann die Wandstärke des Kastens frei gewählt werden. Es ist nur darauf zu achten, daß sich beim fertigen Ziehwerkzeug der Ziehstempel ohne Berührung durch den Blech- oder Niederhalter bewegen läßt.

Als Gießmaterial wird eine niedrig schmelzende Legierung verwen­ det. Dadurch läßt sich das Ziehwerkzeug leicht einschmelzen, wenn es verschlissen ist oder nicht mehr gebraucht wird. Das so gewon­ nene Material kann dann wieder für ein neues Ziehwerkzeug verwen­ det werden. Es läßt sich aber auch jedes andere gießbare Material verwenden.

Um während des Gießvorganges den Abkühlungsprozeß des Gießma­ terials 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 Stand­ zeit 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-Le­ gierung nicht in Frage kommen, da bei dieser Legierung der Schmelzpunkt zu niedrig liegt.

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 Ausgestal­ tung der Erfindung die maßgeblichen Oberflächen des Werkzeuges mit einer verschleißfesten Schicht überzogen werden.

Dies geschieht dadurch, daß die Musterteilbaugruppe vor dem Gießen beispielsweise galvanisch beschichtet wird und zwar zu­ nächst 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 Oberflächen­ schicht 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 der Oberfläche der einzel­ nen Werkzeugteile fest haften. Um das Trennen zu erleichtern, wird die Baugruppe vor dem Beschichten mit einem Trennmittel eingesprüht.

Das unvollständige Umgießen macht es notwendig, daß die Bau­ gruppe 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 dem die Ziehanlageflächen bildenden Blechteil hindurchfließen und den darunter liegenden Raum aus­ füllen. Die Anzahl und die Abmessungen der Durchbrüche richten sich nach den jeweiligen Gießbedingungen.

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 erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellt wird, lassen sich solche Ziehsicken anbringen, in dem das die Ziehanlageflächen bildende Blechteil entsprechende Ausprägungen aufweist. Es ist aber auch möglich, Blechstücke in Form einer Ziehsicke an dieses Blechteil mit Schweißpunkten anzuheften.

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 Zieh­ stempel mit einer Stempelplatte bestückt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Stem­ pelplatte beim Gießen gleich an den Ziehstempel mitangießen. Hierzu wird um den bodenlosen Kasten an seinem dem die Ziehan­ lageflächen bildenden Blechteil gegenüberliegenden Ende zusätzlich eine horizontale Platine angeordnet und am Kasten beispielsweise durch Schweißpunkte befestigt. Die Platine hat die gleichen End­ abmessungen wie das die Ziehanlageflächen bildende Blechteil. Beim Gießen wird nun auch der Raum mit Gießmaterial ausgefüllt, der über der Platine liegt.

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 das die Ziehanlageflächen bildende Blechteil durchstoßen. Die Füh­ rungssäulen 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.

Ferner lassen sich beim Gießen des Werkzeuges Führungsbohrun­ gen in der Stempelplatte für Betätigungselemente vorsehen, die auf den Blechhalter wirken. Solche Betätigungselemente sind normaler­ weise hydraulisch beaufschlagte Bolzen, die im Pressentisch ange­ ordnet 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.

Die Oberfläche der Stempelplatte, wie sie beim Gießen entsteht, ist meistens nicht eben, sondern leicht gewellt. Es kann daher notwen­ dig werden, sie vor dem Einbau des Werkzeuges in die Presse plan zu hobeln. Um das zu vermeiden, werden in einer weiteren Ausge­ staltung der Erfindung Platten mit nach unten zeigenden Veran­ kerungselementen 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.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn diese Platten bei der Anordnung der Führungssäulen und der Kerne für die Betätigungselemente herangezogen werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit der Zeichnung. In der Zeichnung ist dargestellt in

Fig. 1 ein Musterteil mit einem angeschweißten, die Ziehanlageflächen bildenden Blechteil,

Fig. 2 das Musterteil mit diesem Blechteil nach Fig. 1 um 90° gedreht und mit aufgesetztem Kasten,

Fig. 3 ein Gießkasten mit dem gegossenen Werkzeug und

Fig. 4 eine Draufsicht auf diesen Gießkasten.

Zur Herstellung des Ziehwerkzeuges wird an ein Musterteil 1 ein die Ziehanlageflächen bildendes Blechteil 2 mit Schweißpunkten 3 befestigt (Fig. 1). Das Musterteil 1 ist ebenso wie das Blechteil 2 aus Blech gefertigt und gleich stark. Ihre Blechstärke und ihre zusammengesetzte Form entsprechen dem Blechteil, das mit dem späteren Ziehwerkzeug hergestellt werden soll. Das Blechteil 2 dient zur Ausbildung jener Abschnitte der Ziehmatrize, die als Gegenstück zum Blech- oder Niederhalter mit diesem zusammen das zu verformende Blechteil während des Ziehvorganges festhalten. Für diesen Zweck weist das Blechteil 2 außerdem Ziehsicken 4 auf, die auf der Fläche nahe dem Musterteil 1 angeordnet sind. In Fig. 1 ist das Blechteil 2 einstückig ausgeführt, es ist aber ohne weiteres denkbar, es nach Bedarf aus mehreren Teilen zusammenzu­ setzen.

Als nächster Arbeitsgang wird auf das Musterteil 1 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 dem Blechteil 2 gegen­ überliegenden Ende eine horizontale Blechplatine 14 mit Schweiß­ punkten angeheftet. Die Blechplatine 14 hat die gleiche Kontur wie das Blechteil 2. Ihre Dicke kann frei gewählt werden. An die so gewonnene Baugruppe werden Blechstreifen 6 befestigt. Außerdem wird sie mit einem Trennmittel versehen. Zusätzlich können an den Außenwänden des bodenlosen Kastens 5 Wachsplatten 15 angeklebt werden. Sie gleichen eventuelle Abwei­ chungen von der vertikalen Ebene der Außenwände aus und sichern so die Trennung des gegossenen Ziehstempels von dem Blechhalter.

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.

Die Zu- und Abflüsse der Kühlschlangen sind außerhalb des Gieß­ kastens 7 an einem Kühlmittelkreislauf angeschlossen (nicht dar­ gestellt).

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 Führungs­ bohrung auf, die mit entsprechenden Durchbrüchen in der Blech­ platine 14 und dem Blechteil 2 fluchten. In diese Führungsbohrung werden Führungssäulen 19 bis zum Boden 20 eingeschoben.

Weiter sind in den Stahlplatten 16 Bohrungen vorgesehen, in denen Kerne 21 bis zur Blechplatine 14 eingeschoben werden. Mit den Kernen 21 werden die Führungsbohrungen für die Betätigungsbol­ zen gebildet, die beim fertigen Werkzeug während des Ziehvor­ ganges den Blechhalter niederdrücken.

Abschließend werden am Gießkasten 7 noch Kerne 9 für Spann-Nu­ ten und Tragzapfen für das spätere Werkzeug angebracht.

Nun wird der Gießkasten mit einer Wismut-Zinn-Legierung vollstän­ dig ausgegossen. Damit das Gießmaterial in alle Bereiche des Gießkastens gelangen kann, weist das Blechteil 2 und die Blech­ platine 14 Durchbrüche 10 auf, durch die das Gießmaterial fließen kann. Nachdem der Gießkasten vollständig mit Gießmaterial ausge­ füllt 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.

Sobald das Gießmaterial sich abgekühlt hat, wird der Gießkasten entfernt und der Gußblock beispielsweise in eine Presse einge­ spannt und in Ziehmatrize 11, Ziehstempel 12 mit Stempelplatte und Blech- oder Niederhalter 13 getrennt. Soweit es notwendig ist, werden die Oberflächen dieser einzelnen Teile noch fein verputzt und die Einlaufradien poliert.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen eines Ziehwerkzeuges, vorzugsweise für die Formgebung von Blechteilen, wobei das Ziehwerkzeug besteht aus einer Ziehmatrize, einem mit der Ziehmatrize zusammenarbei­ tenden Ziehstempel und einem Blechhalter, der den Ziehstempel umgibt, bei dem Matrize und Stempel des Ziehwerkzeugs durch Umgießen eines Musterteils mit einer niedrig schmelzenden Legie­ rung in einem Behälter, Erstarren der Teile in dem Behälter und Trennen der Gußteile von dem Musterteil hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an dem Musterteil (1) ein Blechteil (2) in der Dicke des Musterteils (1) zur Ausbildung der Ziehanlagefläche an den zu bildenden Matrizen- und Niederhalterteilen befestigt wird,
• - auf das Musterteil (1) ein bodenloser Kasten (5) mit der Form der Umrißkontur des Ziehstempels (12) aufgesetzt und an dem Musterteil (1) befestigt wird,
• - der Behälter ein Gießkasten (7) ist,
• - die Musterteilbaugruppe in dem Gießkasten (7) vollständig umgossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe vor dem Umgießen mit einer verschleiß­ festen Oberflächenschicht überzogen wird, die sich mit dem Gießmaterial fest verbindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Oberflächenschicht durch galvani­ sche Beschichtung aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe zunächst mit einer 2-4 mm dicken Hart­ nickelschicht überzogen und diese mit einer 5-20 mm dicken Kupferschicht überdeckt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Oberflächenschicht durch Metall­ spritzen aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe vor dem Um­ gießen oder vor dem Aufbringen der verschleißfesten Oberflächenschicht mit einem Trennmittel versehen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß um den bodenlosen Kasten (5) an seinem dem Blechteil (2) gegenüberliegenden Ende eine horizontale Platine (14) angeordnet wird mit den Endabmessungen des Blechteils (2).

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Gießkasten (7) durch Durchbrüche in dem Blechteil (2) und/oder der Platine (14) Führungssäulen (19) geschoben werden, die mit ein­ gegossen werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen über den oberen Rand des Gießkastens (7) wenigstens eine Platte (16) gelegt wird, an der in den Gießkasten (7) ragende Verankerungselemente (17; 18) befestigt sind, und daß beim Gießen das Gießmaterial bis an die Unterseite der Platte (16) steigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (18) mit Führungsbohrungen für die Führungssäulen (19) versehen sind.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Platine (14) Kerne (21) zur Ausbildung von Führungsbohrungen für Betätigungselemente angeordnet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (16) Bohrungen für die Auf­ nahme der Kerne (21) aufweist.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe mit Blech­ streifen (6) in den Gießkasten (7) gehängt wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Blechteil (2) und/ oder der Platine (14) Durchbrüche (10) für das Hin­ durchfließen des Gießmaterials vorgesehen sind.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlschlangen (8) vor dem Umgießen in dem Gießkasten (7) und mit Abstand von der Baugruppe angeordnet werden und beim Gießen miteinge­ gossen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießmaterial während des Gießvorganges über ein in den Kühlschlangen fließendes Medium gekühlt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießmaterial eine Wismut-Zinn-Legierung ver­ wendet wird.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Blechteil (2) Ziehsicken (4) vorgesehen sind.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenwänden des Kastens (5) Wachsplatten (15) angebracht sind.