DE4331176C2 - Verfahren zur Herstellung eines Preßwerkzeuges und Preßwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Preßwerkzeuges und ein mit diesem Verfahren hergestelltes Preßwerkzeug.

Ein Metallblech, das eine Struktur, beispielsweise die Ka­ rosserie eines Kraftfahrzeuges, bildet, hat im allgemeinen Oberflächen mit dreidimensionaler Krümmung oder doppelter Krümmung. In vielen Fällen wird eine solche Struktur durch Preßformen hergestellt.

Beim Preßformen solcher Blech- oder Plattenstrukturen ist die Preßform wichtig.

Die Preßform umfaßt normalerweise eine Patrize und eine Ma­ trize. Eine Platte oder ein Paneel wird als ein Werkstück auf die Matrize gelegt und von der Patrize geformt.

Derartige Preßwerkzeuge werden heute üblicherweise nach dem Vollformverfahren gegossen, wobei verlorene Modelle aus Po­ lystyrol-Schaumstoff eingesetzt werden (DE-B.F. Roll "Hand­ buch der Gießereitechnik", 2. Bd./1. Teil S. 794, Springer- Verlag 1970). Solche verlorenen Modelle werden gewöhnlich auf NC-Maschinen hergestellt (DE-Z "Gießerei" 68, 1981, Nr. 15, S. 463-467).

Die JP-A-59-39264 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Preßwerkzeuges nach dem Stand der Technik, bei dem ein Werkzeug mit großem Durchmesser für eine Grobbearbeitung verwendet wird, um die Bearbeitungseffektivität zu erhöhen, und bei dem ein Werkzeug mit kleinem Durchmesser in dem nachfolgenden Schritt verwendet wird.

Das bekannte Verfahren zum Herstellen eines Preßwerkzeuges erfordert Bearbeitungswerkzeuge vieler verschiedener Grö­ ßen, die in den verschiedenen Bearbeitungsschritten verwen­ det werden, wobei die Bearbeitungsschritte eine Grobbearbei­ tung und eine Fertigbearbeitung umfassen, und es erfordert ferner eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Bearbei­ tung bei verschiedenen Bearbeitungsbedingungen, beispiels­ weise bei verschiedenen, für unterschiedliche Werkzeuge ge­ eigneten Schneidgeschwindigkeiten. Wenn ferner ein Schneid­ werkzeug kleiner Größe für die Fertigbearbeitung bestimmter, hoch genauer Bereiche verwendet wird, muß die Schneidge­ schwindigkeit vermindert werden, um eine Beschädigung des Werk­ zeuges zu vermeiden. Dies ist uneffizient. Auch ist ein ho­ her Grad an Fertigkeit für die Fertigbearbeitung von Teilen der Stempelanordnung, wie konvexen und konkaven Eckabschnit­ ten, erforderlich.

Wie im folgenden im einzelnen beschrieben hat ein abgesetz­ ter Oberflächenbereich der Matrize oft einen konkaven Eck­ abschnitt, der sich linear oder mit einer Krümmung er­ streckt. Andererseits hat die Patrize einen konvexen Eckab­ schnitt, der in den konkaven Eckabschnitt der Matrize paßt. Umgekehrt kann der abgesetzte Oberflächenbereich der Matrize einen konvexen Eckabschnitt haben, während die Patrize einen konkaven Eckabschnitt hat.

In beiden Fällen neigen die konkaven und konvexen Eckab­ schnitte dazu, sich gegenseitig zu stören, wenn sie nicht so präzise gefertigt sind, daß jeder störende Eingriff zwischen diesen vermieden wird, wenn die Patrize in den abgesetzten oder ausgesparten Oberflächenbereich der Matrize eintaucht. Eine präzise maschinelle Bearbeitung der konkaven und kon­ vexen Eckabschnitte erfordert jedoch Bearbeitungswerkzeuge verschiedener Größen für verschiedene maschinelle Bearbei­ tungsschritte, von einer Grobbearbeitung bis zu einer Fer­ tigbearbeitung. Eine präzise maschinelle Bearbeitung erfor­ dert ferner eine dreidimensionale numerisch gesteuerte Bear­ beitung unter verschiedenen Bearbeitungsbedingungen, bei­ spielsweise bei verschiedenen Schneidgeschwindigkeiten für verschiedene Werkzeuge. Dies ist uneffizient und zeitaufwen­ dig.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Preßwerkzeuges zu schaffen, das die oben be­ schriebenen Nachteile vermeidet und das keine präzise Fer­ tigbearbeitung der konkaven und konvexen Eckabschnitte der Matrize und/oder der Patrize erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren gemäß Patent­ anspruch 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind deut­ lich weniger Bearbeitungsschritte erforderlich. Das Auspro­ bieren und Einstellen der Preßwerkzeuges ist vereinfacht, weil Störungen zwischen den konkaven und konvexen Eckab­ schnitten vermieden werden.

Die Erfindung sieht auch ein Preßwerkzeug gemäß Patentan­ spruch 3 vor. Mit einem solchen Preßwerkzeug läßt sich ein unbearbeitetes Blech oder ein Paneel derart umformen, daß es zwischen gegenüberliegenden konvexen und konkaven Eckab­ schnitten gleiten kann, wobei lokale Zugkräfte vermindert werden und ein preßgeformtes Produkt hoher Qualität erhalten wird, das eine gleichmäßige Dicke und keine Fehler wie Ris­ se, Einschnürungen oder Furchen aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüche angegeben.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt einer Preßformanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt der Anordnung nach Fig. 1 in einem Zustand, in dem ein Oberstempel und ein Rohling-Halter über dem Preßstempel angehoben sind,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Preßmatrize der Anordnung von Fig. 1,

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Beispiels der Herstellung einer Preßformanordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte, vertikal geschnittene Teilansicht eines Preßstempel-Musters, das zum Herstellen des Preßstempels verwendet wird,

Fig. 6 eine vergrößerte, vertikal geschnittene Teilansicht des Preßmatrizen-Musters und einen Schritt des Her­ stellungsverfahrens für dieses,

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht eines gegossenen Rohlings zur Erläuterung der Bearbeitung dieses Roh­ lings zur Herstellung der Preßmatrize,

Fig. 8 eine Darstellung eines Grobbearbeitungs-Schrittes,

Fig. 9 eine Darstellung eines Fertigbearbeitungsschrittes.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt eines Preßwerkzeuges nach der Erfindung. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, welche einen Zustand vor dem Betrieb des Preßwerkzeuges zeigt, um­ faßt das Preßwerkzeug eine Matrize 1 mit einem konkaven oder abgesetzten Oberflächenbereich 2, der als eine produktfor­ mende Oberfläche wirkt, und eine stationäre Klemmfläche 3, die angrenzend an und um den äußeren Umfang des abgesetzten Oberflächenbereiches 2 herum ausgebildet ist. Der abgesetzte Oberflächenbereich 2 hat einen konvexen Eckabschnitt 2a und konkave Eckabschnitte 2b und 2b′. Wie in Fig. 3 gezeigt, die eine Draufsicht auf die Matrize 1 zeigt, kann jeder der kon­ vexen und konkaven Eckabschnitte 2a, 2b und 2b′ eine ge­ schlossene Form haben. Die geschlossene Form kann rechteckig mit abgerundeten Ecken, wie gezeigt, oder ringförmig gestal­ tet sein. Alternativ kann die Form der Eckabschnitte offen gehalten sein, mit sich linear erstreckenden Abschnitten und/oder gekrümmten Abschnitten. Rillen 2c und 2c′ sind längs der konkaven Eckabschnitte 2b bzw. 2b′ ausgebildet.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Rillen 2c und 2c′ mit­ einander kommunizierend über kleine Rillen 2d verbunden, die in den abgesetzten Oberflächenbereich 2 zu den inneren Enden von im Stempel 1 ausgebildeten Entlüftungslöchern 4 ge­ schnitten sind. Die Rillen 2c und 2c′ lassen so zwischen einem Paneel (Werkstück) w (Fig. 1) und dem abgesetzten Oberflächenbereich 2 der Matrize 1 eingeschlossene Luft nach außen entweichen.

Wie in Fig. 1 und 2 angegeben, ist eine Patrize 5 über der Matrize 1 vorgesehen, die der Matrize 1 gegenüberstehend aufwärts und abwärts bewegbar ist. Die Patrize 5 hat an ih­ rer Unterseite eine Stößelfläche 6. Das untere Ende der Patrize 5 ist so ausgebildet, daß es zum abgesetzten Ober­ flächenbereich 2 komplementär ist. Wenn die Patrize 5 nie­ derfährt und in den abgesetzten Oberflächenbereich 2 der Matrize 1 über einem Paneel-Rohling w, der zwischen diesen liegt, eindringt, dient die Stößelfläche 6 als eine pro­ duktformende Fläche zum Preßformen des Paneel-Rohlings w. Um den äußeren Umfang der Patrize 5 herum ist ein Rohling-Hal­ ter 8 angeordnet, der sich unabhängig von der Patrize 5 auf­ wärts und abwärts bewegt. Nachdem ein Paneel-Rohling w oben auf die stationäre Klemmfläche 3 der Matrize 1 gelegt wurde, wird der Rohling-Halter 8 abgesenkt, um dabei den Rohling w festzuklemmen und zu halten.

Die Patrize 5 hat einen konkaven Eckabschnitt 6a, an dem entlang eine Rille 6c ausgebildet ist. Die Rille 6c läßt Luft zwischen dem Paneel-Rohling w und der Patrize 5 über ein Entlüftungsloch 7 nach außen entweichen, welches durch die Patrize 5 hindurch ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des oben be­ schriebenen Preßwerkzeuges ist im folgenden mit Bezug auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das im Flußdiagramm von Fig. 4 skizziert ist.

Die Matrize 1 bildet einen wesentlichen Teil der Preßform­ anordnung und wird auf die folgende Weise hergestellt. Gemäß der Entwurfszeichnung der Matrize 1 wird ein Matrizenmuster 11, wie in Fig. 5 gezeigt, aus einem geschäumten Polystyrol- Block durch dreidimensionale Oberflächenbearbeitung mit ei­ nem Stirnfräser oder einem Chromnickeldraht-Schneider herge­ stellt (Schritt 1 von Fig. 4). Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung, die dem eingekreisten Teil A von Fig. 1 entspricht. In Fig. 5 deutet die durchgezogene Linie 12 die Oberflächenabmessungen und das Profil an, mit welchen der abgesetzte Oberflächenbereich des Matrizenmusters 11 herge­ stellt wird. Die strichpunktierte Linie 12a gibt die Ober­ flächenabmessungen und das Profil der abgesetzten Oberfläche 2 der fertigen Matrize 1 an. Das Matrizenmuster 11 wird also mit Abmessungen hergestellt, die um eine Fertigungstoleranz a größer sind als die Endabmessungen, auf welche die Matrize in den Schritten 4, 5 und 6, wie im folgenden beschrieben, gefräst und poliert werden soll. Beim Matrizenmuster 11 sind ebenfalls Durchgangslöcher 14 vorgesehen, die den Ent­ lüftungslöchern 4 des Stempels 1 entsprechen.

Wie in Fig. 6 angegeben, wird dann eine Rille 12c durch Frä­ sen (Schritt 2 in Fig. 4) mit einem Bearbeitungswerkzeug 15, wie einem Kugel-Stirnfräser, in dem Matrizenmuster 11 längs dessen konkaven Eckabschnitt 12b ausgebildet, welcher dem konkaven Eckabschnitt 2b der zu erzeugenden Matrize 1 ent­ spricht. Die Rille 12c wird dabei mit solchen Abmessungen gefräst, mit denen die Rille 2c der Matrize 1 gebildet wer­ den soll. Die Rille 12c dient ferner als Spiel für das Be­ arbeitungswerkzeug, beispielsweise ein Stirnfräser, für die im folgenden beschriebenen Schritte 4, 5 und 6. Das Formen der Rille 12c durch Fräsen kann leicht ausgeführt werden, weil der Werkstoff für das Stempelmuster geschäumtes Poly­ styrol ist.

Daraufhin wird ein gegossener Rohling 21 (Fig. 7), welcher nach maschineller Bearbeitung zur Matrize 1 werden soll, durch ein Vollformverfahren (Schritt 3 in Fig. 4) gebildet. Bei diesem Verfahren wird zunächst im Schritt 2 das aus dem Polystyrol-Werkstoff bestehende Matrizenmuster 11 in Form­ sand in einem Formkasten eingebettet. Dann wird geschmolze­ nes Matrizenmetall auf das Matrizenmuster 11 gegossen, so daß sich dieses durch Erwärmen auflöst und verschwindet. Das Matrizenmetall füllt dabei den vom Matrizenmuster 11 freige­ machten Raum. Dadurch wird ein Gußteil mit derselben Gestalt wie das verlorene Matrizenmuster 11 erhalten. Dieses Gußteil ist der gegossene Rohling 21. Der gegossene Rohling 21 hat die Bearbeitungs- und Endfertigungstoleranz a, wie oben be­ schrieben. Die Bearbeitungs- und Endfertigungstoleranz a ist vorgesehen, um den Rohling 21 grob vorzubearbeiten und fer­ tigzubearbeiten, während Durchgangslöcher 24 belassen wer­ den, aus denen Entlüftungslöcher 4 des Stempels 1 werden, Rillen 22c belassen werden, aus denen Rillen 2c des Stempels 1 längs der konkaven Eckabschnitte 22b werden sollen, die den konkaven Eckabschnitten 2b der Matrize 1 entsprechen, und die Gründe der Rillen 22c belassen werden.

Der durch Gießen im Schritt 3 gebildete gegossene Rohling 21 wird dann einer Grobbearbeitung unterzogen (Schritt 4 in Fig. 4: dreidimensionale numerisch gesteuerte Bearbeitung). Im Schritt 4 wird der Bereich 22, der der konkave Oberflä­ chenbereich 2 des Stempels 1 werden soll, mit einem Bearbei­ tungswerkzeug nach Maßgabe voreingestellter Steuerinforma­ tion grobbearbeitet. Bei der Bearbeitung wird ein Bearbei­ tungswerkzeug mit einem großen Durchmesser, wie ein in Fig. 8 gezeigter Stirnfräser 6, verwendet. Die dreidimensionale, numerisch gesteuerte Bearbeitung von Schritt 4 kann leicht durchgeführt werden, weil die zuvor im Schritt 3 in den kon­ kaven Eckabschnitten 22b des gegossenen Rohlings 21 ausge­ bildeten Rillen 22c als Freiraum für den Stirnfräser 16 die­ nen. Die Grobbearbeitung kann ferner wirksam ausgeführt wer­ den, weil die konkaven Eckabschnitte 22b nicht bearbeitet werden.

Darauf wird der im Schritt 4 grobbearbeitete gegossene Roh­ ling 21 im Schritt 5 (dreidimensionale, numerisch gesteuerte Bearbeitung) einer Fertigbearbeitung mit einem Stirnfräser 17, dessen Durchmesser kleiner ist als der des im Schritt 4 verwendeten Stirnfräsers 16, unterzogen, wie in Fig. 9 ge­ zeigt. Bei der Fertigbearbeitung dienen die Rillen 22 als Spielraum für das Bearbeitungswerkzeug, während die unteren Teile der Rillen 22c übrigbleiben. Dieser Schritt wird ähn­ lich wie der Schritt 4 abhängig von voreingestellter Steuer­ information ausgeführt.

Im nachfolgenden Schritt 6 wird der konkave Oberflächenbe­ reich 22 des gegossenen Rohlings 21 einer Fertigbearbeitung durch Polieren zu einer glatten Oberfläche unterworfen. Zu­ sätzlich werden kleine Rillen in den konkaven Oberflächenbe­ reich 22 eingeschnitten, indem ein Band für die numerische Steuerung verwendet wird, um dadurch die Rillen 22c und die Durchgangslöcher 24 komunizierend zu verbinden, so daß aus diesen Entlüftungslöcher 4 werden. Auf diese Weise wird die Matrize 1 erhalten.

Da die Rillen 22c, aus denen die Rillen 2c (2c′) werden, vorgesehen sind, kann nicht vorkommen, daß die konkaven Eck­ abschnitte 2b (2b′) während des Betriebs der Preßformanord­ nung an den konvexen Eckabschnitten 6b (6b′) der Patrize 5 anschlagen. Es ist ersichtlich, daß diese Vorgehensweise die Bearbeitung der konkaven Eckabschnitte überflüssig macht, die im Stand der Technik durchgeführt wurde und die einen hohen Grad an Präzision und handwerkliches Können erfordert. Dadurch wird eine erhebliche Verminderung an menschlicher Arbeitszeit möglich.

Zusammen mit der Patrize 5, die in einem ähnlichen Verfahren hergestellt wird, und anderen Bestandteilen wird die so fer­ tiggestellte Matrize 1 zum fertigen Preßwerkzeug zusammen­ gebaut (Schritt 7).

Das so zusammengesetzte Preßwerkzeug wird in eine nicht ge­ zeigte Presse eingebaut und durchläuft einen Probebetrieb.

Während dieses Betriebs werden nach Bedarf Einstellungen durchgeführt. Die Herstellung des Preßwerkzeuges ist dann beendet.

Während beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Rillen zum Vorsehen von Spiel für die beim Bearbeiten der konkaven Eckabschnitte des Stempels 1 und des Oberstempels 5 verwen­ deten Werkzeuge vorgesehen wurden, können diese Rillen auch nur in der Matrize 1 oder an der Patrize 5 vorgesehen wer­ den. Ferner können die Rillen längs nur der konkaven Eckab­ schnitte ausgebildet werden, die solche Rillen erfordern.

Bei einem nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestell­ ten Preßwerkzeug wird eine Rille an einer geeigneten Stelle ausgebildet. Daher wird während des Preßformens eines Pa­ neel-Rohlings mit dem erfindungsgemäßen Preßwerkzeug der Paneel-Rohling in einem Zustand geformt, in dem er zwischen gegenüberliegenden konvexen Eckabschnitten und konkaven Eck­ abschnitten gleiten kann. Eine lokale hohe Zugkraft an be­ stimmten Teilen des Paneels wird dadurch vermindert, und es werden daher gepreßte Produkte hoher Qualität erhalten, bei denen die Blechdicken gleichmäßig sind und keine Fehler, wie Risse, Einschnürungen oder Furchen, vorkommen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Preßwerkzeuges ist es nicht erforderlich, die konvexen und konkaven Eckabschnitte der Patrize und/oder der Matrize zu bearbeiten. Dies wird allein dadurch möglich, daß eine Rille längs des konkaven Eckabschnittes ausgebildet wird. Die Ril­ le erlaubt, daß ein Bearbeitungswerkzeug teilweise in diese eintritt, um die konkaven Eckabschnitte auf einfache Weise mit präzisen Abmessungen zu bearbeiten. Ferner macht es das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Anzahl der Bearbei­ tungsschritte deutlich zu senken und den Probebetrieb und die Einstellung des Preßwerkzeuges zu vereinfachen, weil die Rille zur Vermeidung von Störungen zwischen den konkaven und konvexen Eckabschnitten beiträgt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Preßwerkzeuges für die Blech-Umformung, dessen Matrize (1) und Patrize (5) nach dem Vollform-Verfahren gegossen und danach mechanisch bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der konkaven Eckabschnitte (2b, 2b′; 6a) der formenden Arbeitsflächen je eine Rille (2c, 2c′; 6c) in das Schaumstoffmodell eingearbeitet wird, die als Werkzeug­ auslauf bei der mechanischen Bearbeitung des Gußstücks dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Entlüftungsbohrungen (4, 7) zwischen den Rillen (2c, 2c′; 6c) und der Matrizen- und/oder Patrizenrückseite angebracht werden.

3. Preßwerkzeug für die Blechumformung, bestehend aus einer Matrize (1) und einer Patrize (5), dadurch gekenn­ zeichnet, daß entlang der konkaven Eckabschnitte (2b, 2b′; 6a) der formenden Arbeitsflächen Rillen (2c, 2c′; 6c) ausgebildet sind, die als Werkzeugauslauf bei der mechanischen Bearbeitung dienen.

4. Preßwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entlüftungsbohrungen (4, 7) zwi­ schen den Rillen (2c, 2c′; 6c) und der Matrizen- und/oder Patrizenrückseite vorgesehen sind.

5. Preßwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die formenden Arbeitsflächen min­ destens eine weitere, von einer Rille (2c, 2c′) abzweigen­ den Rille (2d) eingearbeitet ist, welche eine Verbindung zu einer Entlüftungsbohrung (4) herstellt.