DE4217988A1

DE4217988A1 - Mfr. of shape-determining range of shape memory effect tools - involves integration of prodn. of juxtaposed tempering channels or cut=out cavities in layers of different thickness

Info

Publication number: DE4217988A1
Application number: DE19924217988
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Sc Techn Zeidler; Erik Dipl Ing Tubandt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-30
Filing date: 1992-05-30
Publication date: 1993-12-02

Abstract

The range of tools is formed from a finite number of parallel layers of different thickness in which each layer (1) is represented bodily by exactly one plate-like component. The mfr. is controlled by computer so that the contour of the workpiece is reproduced in the associated layer. Each component implements one part of the shape memory, and the integration of components gives the overall shape. Local requirements can be met by variation of the material of individual layers, whose thickness (a,b,c) are in the ratio 1:2:4. USE/ADVANTAGE - Esp. for deep-drawing tools, time and cost of mfr. are reduced sufficiently to permit economic prodn. of prototypes and short runs.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung des gestaltgebenden Be reiches von gestaltspeichernden Werkzeugen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to the production of the shaping Be rich in shape-saving tools according to the generic term of claim 1.

Die Anwendung gestaltspeichernder Werkzeuge konventioneller Bauart erfolgt auf Grund der aufwendigen Herstellung nahezu ausschließlich im Bereich der Großserien- und Massenfertigung. In der Serienvorbereitung sind in der Regel Muster, Prototypen und Nullserien zu erstellen, unter Anwendung solcher Verfah ren, die den späteren Fertigungsbedingungen entsprechen. Im Gegensatz zur Massenfertigung- wo insbesondere kurze Zyklus zeiten, hohe Stückzahlen und optimale Qualität im Mittelpunkt stehen, sind hierbei schnelle Teileverfügbarkeit und hohe Fle xibilität bei Änderung von Bedeutung.The use of conventional shape-saving tools Construction is almost due to the complex manufacture exclusively in the area of large series and mass production. As a rule, samples, prototypes are used in series preparation and to create pilot series using such a method ren, which correspond to the later production conditions. in the Contrary to mass production - where especially short cycle times, high quantities and optimal quality are the focus are fast parts availability and high fle flexibility when changing meaning.

Gestaltspeichernde Werkzeuge sind wegen des mit ihnen reali sierbaren stufenarmen Teilefertigungsprozesses auch im Bereich kleiner Stückzahlen (Kleinserienfertigung) wünschenswert ein zusetzen, wenn die Kosten zu ihrer Herstellung dies zulassen.Shape-saving tools are real because of them adjustable, low-level parts manufacturing process also in the area small quantities (small series production) desirable add if the costs for their manufacture allow.

Der gestaltgebende Bereich gestaltspeichernder Werkzeuge wird in der Regel durch spanende (Fräsen, Hobeln, Drehen) oder ab tragende (Senk- und Drahterodieren) Fertigungsverfahren herge stellt. Für den Bereich kleiner Stückzahlen ist die Fertigung von Formschalen durch Gießen, galvanisches Abscheiden oder Me tallspritzen bekannt. Dabei kommen je nach Verwendungszweck Werkstoffe wie Siliconkautschuk, Epoxidharz und niedrigschmel zende Metalle und ihre Legierungen, z. B. Zinklegierungen, Wismut-Zinn-Legierungen, aushärtbare Aluminiumlegierungen, Nickel-Kupfer, zum Einsatz. Voraussetzung für solche Verfahren ist jedoch die Existenz eines körperlich vorliegenden Modells, dessen Herstellung Zeit in Anspruch nimmt und Kosten verur sacht. Seit einiger Zeit steht auch die CAD/CAM-Technologie im Blickpunkt. Dabei wird′ die Kontur des Bauteils oder der Form entweder direkt mit CAD oder über Digitalisierung des Modells mit anschließender Übergabe der Daten an den Rechner erzeugt. Das rechnerinterne Modell wird nach einer entsprechenden Modi fizierung zur Erstellung von NC-Daten verwendet. Die Herstel lung des Formhohlraumes oder der Erodierelektrode geschieht dann in der Regel unter Verwendung dieser Daten mittels auf wendiger spanender Bearbeitung.The design area of shape-saving tools is usually by cutting (milling, planing, turning) or off load-bearing (EDM and wire EDM) manufacturing processes poses. Manufacturing is for the area of small quantities of molded shells by casting, galvanic deposition or me tallspritzen known. Depending on the intended use Materials such as silicone rubber, epoxy resin and low-melting zende metals and their alloys, e.g. B. zinc alloys, Bismuth-tin alloys, hardenable aluminum alloys, Nickel-copper, for use. Prerequisite for such procedures is the existence of a physical model, its production takes time and costs gently. CAD / CAM technology has also been in use for some time Focal point. Thereby 'the contour of the component or the shape either directly with CAD or via digitization of the model with subsequent transfer of the data to the computer. The computer's internal model is based on a corresponding mode used to create NC data. The manufacturer development of the mold cavity or the eroding electrode then usually using this data on agile machining.

Ferner wird in DE 36 26 019 C1 eine Vorrichtung zum Herstellen von Prototypen vorgestellt, wobei die Gestaltspeicherung über Segmente variabler Größe erfolgt. Dem dargestellten Prinzip liegt aber auch die spanende Ausarbeitung der einzelnen den Formhohlraum bildenden Segmente zugrunde.Furthermore, DE 36 26 019 C1 describes a device for manufacturing presented by prototypes, the shape storage over Variable size segments are made. The principle shown but is also the machining of the individual Forming cavity forming segments.

Es gilt, die Nachteile der den Stand der Technik repräsentie renden Verfahren zur Herstellung des gestaltgebenden Bereiches gestaltspeichernder Werkzeuge, wie Modellherstellung als Vor aussetzung zur Werkzeugfertigung und die, vor allem hinsicht lich der Zeit, aufwendige spanende Herstellung des Formhohl raumes zu umgehen. Ferner ist es bisher in der Regel nicht möglich, den örtlichen Beanspruchungen gerecht werdende Werk stoffe oder Werkstoffkombinationen (Werkstoffverbunde) einzu setzen. Das tun zu können würde die Möglichkeit eröffnen, hochwertige Werkstoffe, die oft auch ein entsprechend hohes Kapital verkörpern, nur partiell dort einzusetzen, wo sie we gen der vorherrschenden Beanspruchungen auch notwendig sind.It is understood that the disadvantages of the prior art renden process for the production of the design area shape-saving tools, such as model making as a pre exposure to tool manufacture and, above all, with regard to Lich the time, complex machining of the mold hollow bypassing space. Furthermore, it is usually not so far possible work that meets local demands substances or combinations of materials (composite materials) put. Being able to do that would open up the possibility high-quality materials, which are often high enough Embody capital, only partially to use where it we against the prevailing stresses are also necessary.

Durch die Beseitigung dieser Nachteile soll mit dem erfin dungsgemäß vorliegenden Verfahren der zeitliche und finanziel le Aufwand zur Herstellung des gestaltgebenden Bereiches in dem Maße gesenkt werden, daß die Herstellung von Prototypen, Null- und Vorserien effizienter, aber auch der Einsatz ge staltspeichernder Werkzeuge für Kleinserien möglich wird.By eliminating these drawbacks, the inventor aims to In accordance with the present procedures of time and financial le effort to produce the design area in to the extent that the production of prototypes, Zero and pre-series more efficient, but also the use ge shape-saving tools for small series is possible.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstel lung oder Fertigung des gestaltgebenden Bereiches gestaltspei chernder Werkzeuge beispielsweise solcher zum Gesenktiefzie hen, insbesondere für kleine Stückzahlen. Das Verfahren ge stattet es, ferner die Herstellung der zur Funktion des Werk zeuges notwendigen Hohlräume, die sich in der Nähe des Form hohlraumes befinden, wie Temperierkanäle oder Anschnittsyste me, mit dem Formhohlraum zu koppeln. Damit können z. B. Tempe rierkanäle optimal, d. h. den auftretenden thermischen Bela stungen entsprechend, dimensioniert und angeordnet werden, was mit konventionellen Methoden nicht oder nur sehr aufwendig möglich ist. Weiterhin ermöglicht das Verfahren eine Abstufung der Materialzusammensetzung über den Querschnitt des gestalt gebenden Bereiches. Dadurch wird die Verwendung von den ört lich auftretenden Beanspruchungen angepaßten Werkstoffen mög lich. Bei vorzeitigem Verschleiß oder bei Versagensfällen, die nur einen Bereich des Werkzeuges betreffen, gestattet das Ver fahren den partiellen Wechsel von Formelementen. Nach der Re paratur steht eine neuwertige Form zur Verfügung.The present invention provides a method of manufacture development or production of the design-giving area tools for die deep drawing hen, especially for small quantities. The procedure ge it also allows the production of the function of the work necessary cavities that are close to the mold cavity, such as temperature control channels or gate systems me to couple with the mold cavity. So z. B. Tempe rier channels optimal, d. H. the thermal load that occurs stungen accordingly, dimensioned and arranged what not with conventional methods or only with great effort is possible. The method also enables gradation the material composition across the cross-section of the shape giving area. This will limit the use of the local Lich adapted materials possible Lich. In the event of premature wear or failure, the affect only one area of the tool, the Ver drive the partial change of form elements. After the re paratur is a new form available.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des gestaltge benden Bereiches gestaltspeichernder Werkzeuge ist wie folgt gekennzeichnet: Der gestaltgebende Bereich - das Negativ des herzustellenden Werkstückes (Gravur, Kavität) - wird durch ei ne endliche Anzahl von parallelen Schichten repräsentiert, wo bei jede Schicht einen Teil der Endgestalt speichert und die Bodenfläche einer Schicht von der der darauffolgenden genau um die jeweilige Schichtdicke entfernt ist, d. h., der Abstand der Schichten zueinander ist gleich Null. Die zu wählende Schichtdicke ist im einfachsten Fall über die gesamte Form gleich oder sie wird variabel in Abhängigkeit von den Kontur übergängen der Gestalt gewählt. Die Integration aller Schich ten ergibt die vollständige Kontur des gestaltgebenden Berei ches, der durch die Form und Lage der inneren Konturen jeder Schicht und die Lage (Beziehungen) der einzelnen Schichten zu einander definiert ist. Der (die) zur Ausbildung der die Schichten körperlich repräsentierenden Materialscheiben zu verwendende(n) Werkstoff(e) ergibt (ergeben) sich aus den je weils konkret vorherrschenden Beanspruchungsmerkmalen. Bei spielsweise ist unter Beachtung der thermischen Verhältnisse die Anwendung von Stahlblech für kalt arbeitende Verfahren, insbesondere Gesenktiefziehen, und die von Keramikblättchen für schmelztechnisch arbeitende Verfahren, insbesondere Fein gießen, vorzusehen.The inventive method for producing the gestaltge The area of shape-saving tools is as follows characterized: The creative field - the negative of the workpiece to be produced (engraving, cavity) - is by ei represents a finite number of parallel layers where stores a part of the final shape for each layer and the Floor area of a layer exactly from that of the following one the respective layer thickness is removed, d. that is, the distance the layers to each other is zero. The one to choose In the simplest case, layer thickness is over the entire shape equal or it becomes variable depending on the contour transitions of shape. The integration of all layers ten results in the complete contour of the design area ches by the shape and location of the inner contours of each Layer and the location (relationships) of each layer is defined to each other. The (the) for the training of the Layers of physically representing material slices The material (s) used results from the respective because the prevailing stress characteristics. At for example, taking thermal conditions into account the use of sheet steel for cold working processes, especially deep drawing, and that of ceramic flakes for processes using melting technology, especially fine pour to provide.

Die Ausarbeitung der jeder einzelnen Schicht zugeordneten Kon tur aus den die Schichten repräsentierenden Materialscheiben erfolgt mit einem Fertigungsverfahren, das hinsichtlich der Konturanpassung ausreichend flexibel ist. Verfahren wie Laser strahlschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Ätzen entsprechen dieser Forderung, wobei je nach konkretem Anwendungsfall das optimale Verfahren zu bestimmen ist.The elaboration of the con structure from the material disks representing the layers is carried out using a manufacturing process that takes into account the Contour adjustment is sufficiently flexible. Procedures like lasers jet cutting, water jet cutting or etching this requirement, whereby depending on the specific application best practice is to be determined.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Steuerung der einzelnen Verfah rensschritte auf der Grundlage der numerischen Erfassung des gestaltgebenden Bereiches, d. h. unter Nutzung eines rechner internen Modells, das vorzugsweise unter Verwendung eines CAD-Systems erstellt wird. Unter Anwendung geeigneter Rechnerpro gramme wird das rechnerinterne Modell unmittelbar zur Erzeu gung der einzelnen, in ihrer Gesamtheit die Form charakteri sierenden Schichten genutzt. Die für die Konturausarbeitung durch ein geeignetes Fertigungsverfahren notwendigen Eingangs informationen (Geometrie der Kontur je Schicht) werden direkt aus dem rechnerinternen Modell der jeweiligen Schicht abgelei tet und unter Zuhilfenahme von numerischen Steuerprogrammen in Bewegungsinformationen zur Konturausarbeitung umgesetzt.The individual processes are expediently controlled steps based on the numerical recording of the design area, d. H. using a calculator internal model, preferably using an CAD system is created. Using suitable computer pro the internal computer model is immediately generated the individual, in their entirety characterize the form layers. The one for contour drawing through a suitable manufacturing process necessary input information (geometry of the contour per layer) becomes direct derived from the internal computer model of the respective shift and with the help of numerical control programs in Movement information for contour elaboration implemented.

Die Innenkontur der so entstandenen Materialscheibe repräsen tiert die numerische Charakterisierung der zugeordneten Schei be.Represent the inner contour of the resulting material disc the numerical characterization of the assigned slice be.

Die übereinandergeschichteten Materialscheiben ergeben in ih rer Integration das nun körperlich existierende Werkzeug. Die Verbindung der einzelnen Materialscheiben ist mittels ver schiedener, nach den jeweiligen konkret vorliegenden Bedingun gen zu wählender, Verfahren möglich. Das sind beispielsweise Laserstrahlschweißen auch in Verbindung mit der Konturausar beitung, Diffusionsverbindung oder die Anwendung von Binder werkstoffen. The stacked material disks result in ih integration, the now physically existing tool. The Connection of the individual material disks is by means of ver more diverse, depending on the respective specific conditions procedure to be selected. These are, for example Laser beam welding also in connection with the contour Ausar processing, diffusion connection or the use of binder materials.

Für einige Anwendungsfälle wird die nach den erfindungsgemäßen Prinzipien hergestellte Form einer Nacharbeit zur Verbesserung der Konturwiedergabe bedürfen. Dafür kommt dann auch ein spa nendes Verfahren in Frage, da die in diesem Zusammenhang abzu spanende Materialmenge gering ist und die notwendigen Steuer programme aus der schon existierenden rechnerinternen, numeri schen Darstellung direkt abzuleiten sind.For some applications, the according to the invention Principal form of rework for improvement need contour rendering. Then there is also a spa procedure in question since the related in this context amount of material is low and the necessary tax programs from the existing computer internal numeri the representation are to be derived directly.

Der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzips dienen die Fig. 1 und 2. Dargestellt ist in Fig. 1 der in Schich ten gegliederte gestaltgebende Bereich eines Gesenktiefzieh werkzeuges, wobei auch Schichten unterschiedlicher Dicke, die beispielsweise ein Vielfaches voneinander betragen können (b = 2·a; c = 4·a), zur Anwendung kommen. Fig. 2 zeigt eine einzelne Schicht 1 aus Fig. 1, die dann körperlich durch ein scheibenförmiges Bauelement (Materialscheibe), auf das die Kontur der Schicht übertragen wird, zu realisieren ist.1 and 2 are used to illustrate the principle of the invention . Shown in FIG. 1 is the shaping region of a die-deepening tool, which is divided into layers, with layers of different thicknesses which can be, for example, a multiple of one another (b = 2 · a; c = 4 · a). FIG. 2 shows a single layer 1 from FIG. 1, which can then be physically realized by means of a disk-shaped component (material disk) to which the contour of the layer is transferred.

Claims

1. A method for producing the shaping area of shape-storing tools, in particular deep-drawing tools, characterized in that the shaping area is formed by a finite number of layers lying parallel to one another, also of different thicknesses, the distance between the layers being equal to zero.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reflect the formative area in their integration the layers, physically through disc-shaped building elements te (material disks) are represented, each Layer is assigned exactly one material disc.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in net that the contour of the individual represent the layers disc-shaped components by means of the contour adjustment of flexible manufacturing processes, such as La water treatment, water jet cutting or etching can be put.

4. The method according to claims 1-3, characterized net that the production functionally necessary, the formge area of attached cavities, such as tempering channels le or gate systems, with in the manufacture of the form cavity can be integrated.

5. The method according to claims 1-4, characterized net that the individual procedural steps based on a numerical recording of the shape-storing area ches including surrounding cavities, who executed for which all input information from a computer derived model.

6. The method according to claims 1-5, characterized net that according to the intended use of the tool different materials can be used, namely both within a tool and from tool to Tool.