DE4321977C1

DE4321977C1 - Herstellverfahren für ein Tiefziehwerkzeug für Vorserien-Blechteile

Info

Publication number: DE4321977C1
Application number: DE19934321977
Authority: DE
Inventors: Detlev Dengl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2013-07-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuges für Vorserien-Blechteile durch Abgießen einer niedrigschmelzenden Legierung oder einer geeigneten Kunststoffmasse zu einem Stempel oder einer Matrize oder einem Blechhalter.

Beispielsweise im Automobilbau werden die einzelnen Blechpreßteile der Fahrzeugkarosserie über einen längeren Entwicklungszeitraum hin optimiert, bis die endgültige Geometrie dieser im folgenden als Serienteile bezeichne ten Blechpreßteile feststeht. Während dieses Entwick lungszeitraumes gilt es auch, Tiefzieh- oder Pressenwerk zeuge zur Fertigung dieser Serienteile mitzuentwickeln. Dabei kann die endgültige Formgebung des Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuges selbstverständlich erst dann vorgenom men werden, wenn auch die endgültige Form des Serientei les festliegt. Andererseits sollen die während der Ent wicklungszeit benötigten Blechpreßteile, die im folgenden als Vorserien-Blechteile oder auch kurz als Vorserien- Stand bezeichnet werden, möglichst seriennah gefertigt werden, um realistische Aussagen über die künftigen Serienteile zu erhalten. Auch für diese Vorserien-Blech teile wird somit ein Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug benö tigt, welches aber wegen der im Rahmen der Entwicklungs arbeiten anfallenden Änderungen nicht formidentisch mit dem Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für die Serienteile ist. Vorserien-Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuge werden üb licherweise aus einer niedrigschmelzenden Legierung ge fertigt, da die mechanischen Beanspruchungen aufgrund der geringen zu bearbeitenden Stückzahlen niedrig sind und dieses Vorserien-Werkzeug nach Erreichen des Serienstan des sodann eingeschmolzen werden kann. Das Material des Vorserien-Werkzeuges kann dann für ein anderes Vorserien- Werkzeug verwendet werden. Eine bevorzugt zur Anwendung kommendende Legierung ist unter dem Namen Zamak bekannt. Hingegen sind Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuge für Serien teile, die für die Fertigung immens großer Stückzahlen ausgelegt sein müssen, üblicherweise in Grauguß ausge führt.

Es wird angestrebt, Änderungen an den Blechteilen mög lichst bis zum Ende deren Entwicklungszeitraumes einbrin gen zu können. Andererseits ist es erforderlich, die für die Serienfertigung benötigten Tiefzieh- oder Pressen werkzeuge bereits weit vor dem Ende des Entwicklungszeit raumes in Auftrag zu geben bzw. fertigen zu lassen, da deren Fertigung ebenfalls eine beachtliche Zeitspanne in Anspruch nimmt. Auch kann es erforderlich sein, allein aufgrund des Übergangs von einem Vorserien-Werkzeug zu einem Serienfertigungs-Werkzeug nochmals Änderungen am Blechteil sowie am zugehörigen Werkzeug vornehmen zu müs sen. Da derartige nachträgliche Änderungen zu Qualitäts einbußen führen können, hat sich die Erfindung die Auf gabe gestellt, Abhilfemaßnahmen für diese Problematik aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß ein dem Vorserien-Stand entsprechendes Tiefzieh- oder Pressen werkzeug für Serienteile aus einem für die Serienferti gung geeigneten Material hergestellt wird, daß auf der Form-Oberfläche dieses Serienteile-Werkzeuges eine dem Vorserien-Stand entsprechende Offsetmaske aus der nied rigschmelzenden Legierung oder der Kunststoffmasse abge gossen wird, und daß diese Offsetmaske mit dem Serien teile-Werkzeug verklebt wird. In vorteilhafter Weise wei ter ausgebildet wird das beanspruchte Verfahren durch die Merkmale des Unteranspruchs.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Skizze, in der ein wesentlicher Verfahrensschritt zur Herstellung eines Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuges für Vorserien-Blechteile dargestellt ist. In dieser Skizze ist mit der Bezugsziffer 1 ein dem Vorserien-Stand ent sprechendes Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für Serien teile bezeichnet. Auf der Form-Oberfläche 2 dieses Werk zeuges 1 liegt eine Offsetmaske 3 auf, die aus einer niedrigschmelzenden Legierung hergestellt wurde. Oberhalb dieser Offsetmaske befindet sich beim entsprechenden Her stellverfahrens-Schritt eine Negativform 4, durch die sich von oben her bis zur Offsetmaske 3 hin Eingußrohre 5 sowie Entlüftungsrohre 6 erstrecken. Umgeben ist diese Anordnung von einem Rahmen 7.

Erfindungsgemäß wird das Vorserien-Werkzeug auf dem zu mindest näherungsweise gestalteten späteren Serien-Werk zeug aufgebaut. Erfindungsgemäß liegt somit eine Werk zeugeinheit, bestehend aus dem Vorserien-Werkzeug sowie dem dem Vorserien-Stand entsprechenden Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug 1 für Serienteile vor, diese Einheit kann man als duales Preßwerkzeug bezeichnen. Die Erfindung nützt dabei die Tatsache, daß, sobald ein Vorserien-Werk zeug benötigt wird, die grobe Geometrie des später zu fertigenden Serien-Blechteiles bereits festliegt. Diese grobe Geometrie ist der sog. Vorserien-Stand, so daß nach diesem Vorserien-Stand erfindungsgemäß bereits ein Serien-Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug, das in der Skizze mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist, gefertigt wird. Auf dieses Serien-Werkzeug 1, dessen Form-Oberfläche 2, wie bereits erläutert, noch dem Vorserien-Stand ent spricht, wird nun erfindungsgemäß eine Offsetmaske 3 auf gebracht, so daß diese Einheit von Offsetmaske 3 und Se rien-Werkzeug 1 als Vorserien-Werkzeug verwendet werden kann. Werden nun im Laufe der Entwicklungsarbeit Änderungen am zu fertigenden Blechteil erforderlich, so werden diese Änderungen Schritt für Schritt an der Offsetmaske 3 und insbesondere an deren Form-Oberfläche 2′ umgesetzt. Mittels diesem dualen Preßwerkzeug, d. h. mittels dieser Einheit aus Serien-Werkzeug 1 und Offsetmaske 3, lassen sich somit stets Vorserien-Blechteile entsprechend dem aktuellstem Entwicklungsstand fertigen. Ist schließlich die Entwicklungsarbeit des Blechteiles - bzw. im oben ge schilderten Anwendungsfall bei der Automobilfertigung die Entwicklungsarbeit der gesamten Fahrzeugkarosserie - ab geschlossen, so muß nunmehr die Offsetmaske 3 vollständig vom Serien-Werkzeug 1 entfernt und anschließend die Form- Oberfläche 2 dieses Serien-Werkzeuges 1 auf den letzten Stand gebracht werden, um das aktualisierte endgültige Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für die Serienfertigung zu erhalten. Das Entfernen der Offsetmaske 3 sowie das Ak tualisieren der Form-Oberfläche 2 benötigt aber deutlich weniger Zeit als eine vollständige Neufertigung eines Tiefzieh- oder Pressenwerkzeuges, so daß auch noch Ände rungen kurz vor Abschluß der Entwicklungsarbeit in die Form-Oberfläche 2 einfließen können. Ferner wird dadurch, daß die Vorserien-Blechteile bereits im wesentlichen mit einem Serien-Werkzeug, nämlich dem Serien-Werkzeug 1, auf das lediglich die Offsetmaske 3 aufgebracht wurde, gefer tigt werden, deutlich repräsentativere Vorserien-Blech teile erhalten.

Erfindungsgemäß wird ein oben beschriebenes Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für Vorserien-Blechteile wie folgt hergestellt: Wie bereits erläutert, wird zunächst das in der beigefügten Prinzipskizze mit der Bezugsziffer 1 be zeichnete, dem Vorserien-Stand entsprechende Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für Serienteile gefertigt. Dieses Werkzeug 1 besteht somit beispielsweise aus Grauguß und weist eine Form-Oberfläche 2 auf, die noch dem Vorserien- Stand entspricht. Liegt dieses Werkzeug 1 vor, so wird zumindest der obere Bereich dieses Werkzeuges von einem Rahmen 7 umgeben, in den anschließend ein selbstfließen des, aushärtendes Feuerfestmaterial unter Vorsehen von Eingußrohren 5 sowie Entlüftungsrohren 6 eingebracht wird. Bei diesem Feuerfestmaterial kann es sich bei spielsweise um Schamott handeln. Durch diesen Prozeß ent steht die mit der Bezugsziffer 4 bezeichnete Negativform. Diese Negativform 4 wird anschließend gemäß Pfeilrichtung 8 um eine gewisse Distanz vom Werkzeug 1 abgehoben, so daß ein Hohlraum entsteht, der der gewünschten Dicke der für das Vorserien-Werkzeug benötigten Offsetmaske 3 ent spricht. Über die Eingußrohre 5 wird anschließend das Ma terial der Offsetmaske 3 eingefüllt. Wie bereits erläu tert, kann es sich bei diesem Material um eine niedrig schmelzende Legierung, insbesondere Zamak, aber auch um eine geeignete Kunststoffmasse handeln. Nachdem diese Offsetmaske 3 ausgehärtet ist, kann die Negativform 4 so wie der Rahmen 7 entfernt werden. Schließlich muß die Offsetmaske 3 mit dem Werkzeug 1 verbunden werden, be währt hat sich hierfür eine Klebeverbindung. Mittels eines geeigneten Klebers, dessen Schmelzpunkt bevorzugt im Bereich von 150°C bis 200°C liegen kann, wird somit die Offsetmaske 3 auf der Form-Oberfläche 2 des Werkzeu ges 1 aufgeklebt. Hierdurch ist ein äußerst seriennahes Vorserien-Werkzeug geschaffen.

Wie bereits erläutert, wird nach diversen Änderungen an der Form-Oberfläche 2′ der Offsetmaske 3 mit Abschluß der Entwicklungsarbeit diese Offsetmaske 3 vom Werkzeug 1 entfernt. Dies kann durch Anschmelzen der Kleberschicht erfolgen. Anschließend wird - wie ebenfalls bereits er läutert - die Form-Oberfläche 2 des Werkzeuges 1 der ak tuellen Form des Blechteiles, also dem Serienstand, ange paßt. Selbstverständlich ist bei der Konstruktion des Se rien-Werkzeuges 1 darauf zu achten, daß dieses Werkzeug in seiner Funktionalität entsprechend mit und ohne Off setmaske 3 zu erweitern ist. So sind insbesondere die Führungen am Werkzeug 1 auf die unterschiedlichen Hübe, die sich mit bzw. ohne Offsetmaske 3 ergeben, hin auszu legen.

Für die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens sollte jedoch zumindest das Konzept für das Serien-Preßwerkzeug feststehen, d. h. die Methode sowie die Umrisse, die Aus wahl der einzusetzenden Pressen als auch die Ziehrichtung der Blechteile muß festgelegt sein. Auch sollte die Bau teilgeometrie keine Steilbereiche größer als 75° zur Ho rizontalen aufweisen, um an allen Stellen eine erforder liche Dicke für die Offsetmaske 3 sicherzustellen. Dabei ist die Stärke der Offsetmaske 3 so zu bestimmen, daß sämtliche absehbaren Bauteiländerungen umgesetzt werden können. Dann ergeben sich unter Anwendung dieses Verfah rens erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber den bisher üblichen Verfahrensabläufen. Bereits bei frühestmöglicher Bauteilreife kann das Serien-Werkzeug geplant, konstru iert und gefertigt werden. Änderungen können während der Entwicklungsarbeit extrem lange eingebracht werden, ohne damit die Qualität sowohl des Werkzeuges als auch der ge fertigten Blechteile herabzusetzen. Hilfswerkzeuge, die bislang wegen Aufsprungverhaltens oder auch wegen Bombie rungen etc. gefertigt werden bzw. wurden, werden nicht mehr benötigt. Im Vorserien-Stadium erzielt man eine hö here Teile-Qualität, dabei können die Umformkräfte auch für das spätere Serien-Werkzeug bereits direkt aus dem Vorserien-Werkzeug abgeleitet werden. Selbstverständlich ist es möglich, Mischkonstruktionen einzusetzen, d. h. während die Matrize oder ein Stempel mit einer Offset maske 3 versehen wird, kann beispielsweise bei einem Blechhalter eine Offsetmaske 3 nicht erforderlich sein. Insbesondere ist aber hervorzuheben, daß mit dem be schriebenen Verfahren nach Abschluß der Entwicklungsar beit, d. h. mit Erreichen der Serienreife des Blechtei les, das Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für die Serien fertigung mit Ausnahme geringfügiger Abweichungen an der Form-Oberfläche 2, die aber korrigiert werden können, be reits vorliegt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Tiefzieh- oder Pres senwerkzeuges für Vorserien-Blechteile durch Abgießen einer niedrigschmelzenden Legierung oder einer geeigneten Kunststoffmasse zu einem Stempel oder einer Matrize oder einem Blechhalter, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Vorserien-Stand entsprechendes Tiefzieh- oder Pressenwerkzeug für Serien-Teile (1) aus einem für die Serienfertigung geeigneten Material hergestellt wird, daß auf der Form-Oberfläche (2) dieses Serienteile-Werkzeuges (1) eine dem Vorserien-Stand entsprechende Offset maske (3) aus der niedrigschmelzenden Legierung oder der Kunststoffmasse abgegossen wird, und daß diese Offsetmaske (3) mit dem Serienteile-Werkzeug (1) verklebt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anhand des dem Vor serien-Stand entsprechenden Serienteile-Werkzeuges (1) eine Negativform (4) von dessen Form-Oberfläche (2) hergestellt wird, die aus einem selbstfließen den, aushärtenden Feuerfestmaterial besteht und mit Einguß- und Entlüftungsrohren (5, 6) versehen ist, und daß für den Abguß der Offsetmaske (3) die Nega tivform (4) der gewünschten Stärke der Offsetmaske entsprechend von der Form-Oberfläche (2) des Serien teile-Werkzeuges (1) beabstandet gehalten wird.