EP2335842A2 - Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs und Warmformwerkzeug mit Verschleißschutz - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs und Warmformwerkzeug mit Verschleißschutz Download PDF

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EP2335842A2
EP2335842A2 EP10014558A EP10014558A EP2335842A2 EP 2335842 A2 EP2335842 A2 EP 2335842A2 EP 10014558 A EP10014558 A EP 10014558A EP 10014558 A EP10014558 A EP 10014558A EP 2335842 A2 EP2335842 A2 EP 2335842A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base body
thermoforming
wear protection
wear
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10014558A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2335842A3 (de
Inventor
Jochen Dr. Dörr
Markus Pellmann
Caspar Benteler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benteler Automobiltechnik GmbH filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
Publication of EP2335842A2 publication Critical patent/EP2335842A2/de
Publication of EP2335842A3 publication Critical patent/EP2335842A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/20—Making tools by operations not covered by a single other subclass

Definitions

  • the present invention relates to a thermoforming tool for hot forming sheet metal components with a top and a bottom tool, which have a cooling channels having basic body of a mechanically easy to handle non-ferrous metal, and arranged on the body mold surface, which limits a mold cavity of the thermoforming mold.
  • the present invention relates to a method for producing a thermoforming tool for thermoforming of sheet metal components with a top and bottom tool, which have a cooling channels having basic body of a mechanically easy to handle non-ferrous metal, and arranged on the body mold surface, which has a mold cavity of Thermoforming tool limited.
  • the present invention also relates to a method of separating a mold pad from a body of a thermoforming tool.
  • thermoforming tools In the production of such thermoforming tools accounts for about 40% of manufacturing costs on the mechanical manufacturing. Here, a large part of the costs are created by the pure machining times and the times for the machining of the cooling channels and cooling holes. These cooling channels / cooling holes are introduced into the tools by drilling and / or milling, for example, deep hole holes are relatively expensive.
  • Forming tools which are used in the daily production for the forming of sheet metal components, are also exposed to high wear. An exchange of such a forming tool or individual segments is associated with high costs and high exchange costs. The entire forming tool must be removed from its tool holder.
  • thermoforming tools consist of tool steels, which have only a relatively low thermal conductivity. Recently, special tool steels have been used which have better thermal conductivity but reach an upper limit at about 60 W / mK. It would be desirable to have even higher thermal conductivities, which would be possible with other materials, but fails due to the wear resistance of the materials.
  • the object of the present invention is to reduce the cost of manufacturing and maintaining thermoforming tools while maintaining or increasing the productivity achieved with a conventional steel thermoforming tool.
  • thermoforming tool according to the features in patent claim 6.
  • the object is further achieved by a method for separating wear protection plates of a main body of a thermoforming tool according to the features in claim 9.
  • thermoforming tool for thermoforming of sheet metal parts according to the features in claim 10.
  • Tool aluminum is usually about as expensive as steel, but tool aluminum has a lower density and thus with the same mass a larger volume, which is available for machining. The material costs are thus significantly lower due to the larger volume of tool aluminum.
  • the wear protection plate is intended to protect the body against wear and consists of a material of higher wear resistance.
  • the wear protection plate is much thinner than the main body and is virtually only the contact layer to the workpiece.
  • the material used for the intended for closure wear plate is very low.
  • the cost advantage is correspondingly high.
  • the wear guard can be easily replaced without damaging the body. If the wear protection plate worn, this does not affect the body, which can thus be reused several times.
  • a thick body with very thin mold coating allows very large amounts of heat to be dissipated in a short time, which in particular allows press hardening in the forming tool or generally contributes to shortening the cycle times and improving productivity.
  • the base body has a higher thermal conductivity than steel.
  • the wear guard is at least partially connected by soldering to the body.
  • the cohesive connection thus produced provides a good heat transfer from the wear protection plate in the body.
  • the wear protection plates of a thermoforming mold form a mold cavity in the closed state. When previously inserted sheet metal plate, this metal sheet fills the entire mold cavity and comes on both sides of the full surface of the wear plates to stop, so that at any time a good heat dissipation through the wear plate is given in the body.
  • the wear guard is mechanically detachably connected to the base body, wherein there is a pasty heat conduction between the wear guard and the base body.
  • the paste-like heat transfer medium ensures a particularly good heat transfer from Wear protection plate to the body.
  • a heat-conducting agent is also to be understood as meaning a liquid metal which remains in the gap by capillary action.
  • the heat-conducting agent and / or the adhesive may be interspersed with particles of higher thermal conductivity in order to improve the heat conduction.
  • These additives preferably consist of aluminum or copper or silver particles, boron nitride, diamond powder, graphite, zirconium or carbon nanotubes or a combination of at least two of the abovementioned materials.
  • the adhesive used is thermally detachable.
  • the adhesive used is thermally detachable.
  • the object underlying the present invention is further achieved by a method according to the features of claim 6, characterized in that the mold surface is formed as releasably connected to the body wear protection plate, wherein the shape of the wear protection plates two wear protection boards and at the same time arranged between the wear protection boards component board be transformed together from the basic bodies.
  • the wearguards are made externally.
  • This method offers the particular advantage that both wearguards can be produced in one operation.
  • an upper wear protection board, a component board and a lower wear protection board is introduced into the thermoforming mold and directly cold or hot formed.
  • the wear protection sheets produced in this way can remain directly in or on the thermoforming tool or can be fixed by additional measures (gluing, soldering, mechanical fixing).
  • the base body with the wear protection plate is placed in a heating furnace in which a solder or adhesive is melted between the base body and the Verschierschutzblech or an adhesive between the base body and the Wear plate is thermally de-adhesive and then the wear plate is separated from the body.
  • Thermal detackifying is understood to mean overcoming the adhesive force without damaging the main body by heating the adhesive joint, for example by heating the entire upper and / or lower tool in a heating furnace to the required temperature.
  • the mold surface is formed by a wear protection coating.
  • the wear protection coating can be applied directly to the base body.
  • an ideal heat transfer of wear protection coating in the body is possible.
  • the wear protection coating is formed by a cast-on steel to the body.
  • a wear protection coating formed from tool steel also offers high wear protection, with good heat dissipation at the same time.
  • such a wear protection contour must be given post-processing.
  • the wear protection coating should consist of a harder material than the main body. It may have a thickness of less than 30 mm, more preferably less than 10 mm and in particular less than 5 mm.
  • the materials that are used as wear protection coating have a lower thermal conductivity than the material of the body. If the thickness of the anti-wear coating is kept as low as possible, there is still a high heat transfer from the sheet metal component to be formed via the wear protection coating into the base body. This allows a good heat dissipation of the sheet metal component to be produced.
  • the wear protection coating is formed by a flame sprayed layer.
  • the flame spray layer offers the particular advantage that it can be reapplied after wear and can be brought back into the desired shape by machining the mold surface.
  • the base body has a thermal conductivity of more than 60 W / mK.
  • a tool aluminum alloy with a thermal conductivity of about 130 W / mK is used.
  • Such tool material allows during and shortly after the thermoforming process a particularly good heat dissipation, which has a positive effect on the production rate.
  • cooling channels are cast in the base body. It can cast copper, stainless steel, aluminum or steel tubes, which are later used as cooling channels for conducting a cooling fluid. As a result, it is possible to adapt a wide variety of flow paths to the respective geometries of the sheet-metal component to be produced in a particularly favorable and production-favorable manner.
  • FIG. 1 shows a cross section through an inventive thermoforming tool 1.
  • the thermoforming tool 1 is shown in a closed state.
  • a shaped sheet metal component 2 is located between an upper tool 3 and a lower tool 4.
  • the upper tool 3 and the lower tool 4 consist of a base body 6 with cooling channels 5. Through the cooling channels 5, a heat laxative fluid flows.
  • the molded covering 7 protects the base body 6 from increased wear and limits a mold cavity 8.
  • the heated sheet metal component 2 causes a heat transfer W from the produced sheet metal component 2 via the shaped covering 7 into the base body 6 Heat transfer W follows a heat conduction within the base body 6.
  • the heat removed from the sheet metal component 2 produced is dissipated by the base body 6 in the cooling channels 5 and finally in the cooling medium.
  • FIG. 2a shows the mold surface 7 as wear plate 9.
  • the wear plate 9 is fixed by non-positive, positive and / or material connection on the base body 6 of the upper tool 3.
  • a heat conducting means 10 or an adhesive 11 can be located between the wear protection plate 9. But it may also be a solder or liquid metal between the wear plate 9 and the base body 6.
  • thermoforming tool 1 For producing the wear protection plates 9 on the upper tool 3 and the lower tool 4, a triple plate, consisting of an upper wear protection plate 12, a component board 13 and a lower wear protection plate 12 is inserted into the thermoforming tool 1.
  • the thermoforming tool 1 By the forming process of the thermoforming tool 1, not only the sheet metal component 2 is made from the component board 13, but also the wear protection plates 9 from the wear protection boards 12th
  • both components can be introduced together in a heating furnace 14.
  • the connection between the base body 6 and the wear guard plate 9 is thus achieved by heating and both components are removable from each other.
  • connection between the wear protection plate 12 and the base body 6 can also be produced by a solder 15.
  • FIG. 3 shows an upper tool 3 in a sectional view, wherein a mold pad 16 is formed by a wear protection coating 17.
  • the wear protection coating 17 can be applied in a coating process to the base body 6 of the upper tool 3 and be reworked by machining.
  • the wear protection coating 17 is formed as a flame spray layer 18.
  • FIG. 3 shows the wear protection coating 17 in the raw state.
  • FIG. 4 shows a cross section through an upper tool 3, which according to the invention comprises a wear guard plate 9, which is attached to the upper tool 3 incorporating a heat conducting means 10.
  • the main body 6 is in FIG. 4 designed as a cast component.
  • cooling channels 5 were poured for flow guidance of a heat dissipating fluid, which were adapted schematically to the outer contour of the tool.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs (1) und ein Warmformwerkzeug (1) zur Warmformung von Blechbauteilen (2) mit mindestens einem gekühlten Ober- und einem Unterwerkzeug (3, 4). Das Ober- bzw. das Unterwerkzeug (3, 4) weist dabei einen Grundkörper (6) auf, der mit einem Formbelag (7) ausgebildet ist. Der Grundkörper (6) besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, der Formbelag (7) vorzugsweise aus einem Werkzeugstahl. Der Formbelag (7) ist vorzugsweise als Verschleißschutzblech (9) oder Flammspritzschicht (18) auf den Grundkörper (6) aufgebracht und ermöglicht durch eine möglichst geringe Dicke einen besonders guten Wärmeübergang (W) von dem Blechbauteil (2) in das Ober- bzw. Unterwerkzeug (3, 4). Um die Kapazität der Wärmeabfuhr zu erhöhen, ist der jeweilige Grundkörper (6) des Ober- bzw. Unterwerkzeugs (3, 4) mit Kühlkanälen (5) versehen. Die Kühlkanäle (5) dienen der Strömungslenkung eines Wärme abführenden Fluids.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmformwerkzeug zur Warmumformung von Blechbauteilen mit einem Ober- und einem Unterwerkzeug, welche einen Kühlkanäle aufweisenden Grundkörper aus einem mechanisch leicht zu bearbeitenden Nichteisen-Metall, und einen an den Grundkörper angeordneten Formbelag besitzen, welcher einen Formhohlraum des Warmformwerkzeugs begrenzt.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs zur Warmformung von Blechbauteilen mit einem Ober- und Unterwerkzeug, welche einen Kühlkanäle aufweisenden Grundkörper aus einem mechanisch leicht zu bearbeitenden Nichteisen-Metall, und einen an dem Grundkörper angeordneten Formbelag besitzen, welcher einen Formhohlraum des Warmformwerkzeugs begrenzt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Trennen eines Formbelags von einem Grundkörper eines Warmformwerkzeugs.
  • Aus dem Stand der Technik sind Warmformwerkzeuge bekannt, die im Kraftfahrzeugbereich für die Warmumformung von Karosseriestrukturteilen aus Werkzeugstählen, wie z.B. einem Cr7V, hergestellt werden. Diese Werkzeuge werden unbeschichtet, wie auch zur Verschleißreduzierung beschichtet eingesetzt.
  • Bei der Herstellung von solchen Warmformwerkzeugen entfallen rund 40 % der Herstellungskosten auf die mechanische Fertigung. Hier entsteht ein Großteil der Kosten durch die reinen spanabhebenden Bearbeitungszeiten und die Zeiten für die Bearbeitung der Kühlkanäle und Kühlbohrungen. Diese Kühlkanäle/Kühlbohrungen werden in die Werkzeuge durch Bohren und/oder Fräsen eingebracht, wobei zum Beispiel Tieflochbohrungen relativ aufwändig sind.
  • Auf Grund der sehr harten Werkzeugstähle ist die Herstellung von Umformwerkzeugen durch den hohen Anteil an zerspanender Fertigung sowohl sehr zeitaufwändig als auch sehr kostenintensiv. Dabei sind die Werkzeuge, die zur Herstellung der eigentlichen Umformwerkzeuge genutzt werden, selbst einem hohen Verschleiß ausgesetzt.
  • Umformwerkzeuge, die im täglichen Fertigungsbetrieb für die Umformung von Blechbauteilen genutzt werden, sind ebenfalls einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Ein Austausch eines solchen Umformwerkzeugs oder einzelner Segmente ist mit hohen Kosten und mit hohem Austauschaufwand verbunden. Das gesamte Umformwerkzeug muss aus seiner Werkzeughalterung entnommen werden.
  • Die Warmformwerkzeuge bestehen aus Werkzeugstählen, die nur eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. In jüngster Zeit wurden Spezialwerkzeugstähle eingesetzt, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, jedoch eine obere Grenze bei ca. 60 W/mK erreichen. Wünschenswert wären noch höhere Wärmeleitfähigkeiten, was mit anderen Werkstoffen zwar möglich wäre, jedoch an der Verschleißfestigkeit der Werkstoffe scheitert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kosten für die Herstellung und die Instandhaltung von Warmformwerkzeugen zu reduzieren und gleichzeitig die mit einem konventionellen Warmformwerkzeug aus Stahl erreichte Produktivität aufrechtzuerhalten bzw. zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Formbelag als lösbar mit dem Grundkörper verbundenes Verschleißschutzblech ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 6 gelöst.
  • Die Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zum Trennen von Verschleißschutzplatinen von einem Grundkörper eines Warmformwerkzeugs gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 9 gelöst.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Warmformwerkzeug zur Warmformung von Blechbauteilen gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 10 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
  • Dies bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Werkzeuggrundkörpers beispielsweise aus einer Werkzeugaluminiumlegierung geschehen kann. Die so eingesetzte Werkzeugaluminiumlegierung ermöglicht eine gegenüber Werkzeugstahl wesentlich schnellere und signifikant kostengünstigere spanabhebende Bearbeitung des Grundkörpers.
  • Werkzeugaluminium ist in der Regel etwa so teuer wie Stahl, allerdings besitzt Werkzeugaluminium eine geringere Dichte und somit bei gleicher Masse ein größeres Volumen, das zur spanabhebenden Bearbeitung zur Verfügung steht. Die Materialkosten sind also durch das größere Volumen von Werkzeugaluminium bedeutend geringer.
  • Das Verschleißschutzblech soll den Grundkörper vor Verschleiß schützen und besteht aus einem Werkstoff höherer Verschleißfestigkeit. Das Verschleißschutzblech ist viel dünner als der Grundkörper und ist quasi nur die Kontaktschicht zum Werkstück. Der Materialeinsatz für das zum Verschließ vorgesehene Verschleißschutzblech ist sehr gering. Der Kostenvorteil ist entsprechend hoch. Das Verschleißschutzblech kann leicht ausgetauscht werden, ohne dass der Grundkörper beschädigt wird. Ist das Verschleißschutzblech verschlissen, beeinträchtigt dies nicht den Grundkörper, der somit mehrfach wiederverwendet werden kann. Zudem ermöglicht ein dicker Grundkörper mit sehr dünnem Formbelag, dass sehr große Wärmemengen in kurzer Zeit abgeleitet werden können, was insbesondere ein Presshärten im Umformwerkzeug ermöglicht bzw. allgemein zur Verkürzung der Taktzeiten und Verbesserung der Produktivität beiträgt. Im Rahmen der Erfindung besitzt der Grundkörper eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl.
  • Vorzugsweise ist das Verschleißschutzblech zumindest bereichsweise durch Löten mit dem Grundkörper verbunden. Die so hergestellte stoffschlüssige Verbindung bietet einen guten Wärmeübergang vom Verschleißschutzblech in den Grundkörper. Die Verschleißschutzbleche eines Warmformwerkzeugs bilden im geschlossenen Zustand einen Formhohlraum. Bei zuvor eingelegter Blechplatine füllt diese Blechplatine den gesamten Formhohlraum aus und kommt beidseitig vollflächig an den Verschleißschutzblechen zum Anschlag, so dass jederzeit eine gute Wärmeabfuhr über das Verschleißschutzblech in den Grundkörper gegeben ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verschleißschutzblech mechanisch lösbar mit dem Grundkörper verbunden, wobei sich zwischen dem Verschleißschutzblech und dem Grundkörper ein pastöses Wärmeleitmittel befindet. Das pastöse Wärmeleitmittel sorgt für einen besonders guten Wärmeübergang vom Verschleißschutzblech zum Grundkörper. Unter einem Wärmeleitmittel ist im Rahmen der Erfindung auch ein flüssiges Metall zu verstehen, dass durch Kapilarwirkung im Spalt verbleibt.
  • Es ist auch möglich das Verschleißschutzblech über einen Klebstoff mit dem Grundkörper zu verbinden. Bei großflächigen Warmformwerkzeugen und insbesondere weil die Verschleißschutzbleche nur teilweise durch Scherkräfte während des Umformvorgangs belastet werden, eignet sich Kleben als kostengünstige stoffschlüssige Fügemethode, die für einen hinreichend festen Sitz des Verschleißschutzbleches am Grundkörper sorgt.
  • Im Rahmen der Erfindung können in einer bevorzugten Ausführungsform das Wärmeleitmittel und/oder auch der Klebstoff erfindungsgemäß mit Partikeln höherer Wärmeleitfähigkeit durchsetzt sein, um die Wärmeleitung zu verbessern. Diese Zusätze bestehen bevorzugt aus Aluminium- oder Kupfer- oder Silberpartikel, Bornitrid, Diamantpulver, Graphit, Zirkon oder Kohlenstoffnanoröhrchen oder einer Kmbination wenigstens von zwei der vorgenannten Werkstoffe.
  • Besonders bevorzugt ist der verwendete Klebstoff dabei thermisch lösbar. Im Falle des Wechsels eines Verschleißschutzbleches besteht somit die Möglichkeit den Klebstoff besonders einfach, schnell und kostengünstig vom Grundkörper zu entfernen, so dass neuer Klebstoff mit einem neuen Verschleißschutzblech aufgebracht werden kann.
  • Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 dadurch gelöst, dass der Formbelag als lösbar mit dem Grundkörper verbundenes Verschleißschutzblech ausgebildet ist, wobei zur Formgebung der Verschleißschutzbleche zwei Verschleißschutzplatinen und gleichzeitig eine zwischen den Verschleißschutzplatinen angeordnete Bauteilplatine gemeinsam von den Grundkörpern umgeformt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, dass die Verschleißschutzbleche extern hergestellt werden.
  • Dieses Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass beide Verschleißschutzbleche in einem Arbeitsgang hergestellt werden können. Dabei wird eine obere Verschleißschutzplatine, eine Bauteilplatine und eine untere Verschleißschutzplatine in das Warmformwerkzeug eingeführt und direkt kalt bzw. warm umgeformt. Die so hergestellten Verschleißschutzbleche können direkt in dem bzw. am Warmformwerkzeug verbleiben bzw. können über zusätzliche Maßnahmen fixiert werden (kleben, löten, mechanisches fixieren). Es besteht auch die bevorzugte Möglichkeit die Verschleißschutzbleche durch Wärmeabfuhr innerhalb des Warmformwerkzeugs zu härten.
  • Ein Verfahren zum Trennen von Verschleißschutzplatinen von einem Grundkörper eines Warmformwerkzeugs ist Gegenstand des Patentanspruchs 8. Der Grundkörper mit der Verschleißschutzplatine wird in einen Wärmeofen eingebracht, in welchem ein Lot oder Klebstoff zwischen dem Grundkörper und dem Verschließschutzblech aufgeschmolzen wird oder ein Klebstoff zwischen dem Grundkörper und dem Verschleißschutzblech thermisch entklebt wird und anschließend das Verschleißblech von dem Grundkörper getrennt wird.
  • Unter thermischem Entkleben ist das Überwinden der Haftkraft ohne Schädigung des Grundkörpers zu verstehen, indem die Klebeverbindung erhitzt wird, zum Beispiel indem das gesamte Ober- und/oder Unterwerkzeug in einem Wärmofen auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird der Formbelag von einer Verschleißschutzbeschichtung gebildet. Die Verschleißschutzbeschichtung kann direkt auf den Grundkörper aufgebracht werden. Somit ist ein idealer Wärmeübergang von Verschleißschutzbeschichtung in den Grundkörper möglich.
  • Alternativ ist die Verschleißschutzbeschichtung von einem an den Grundkörper angegossenen Stahl gebildet. Eine aus Werkzeugstahl gebildete Verschleißschutzbeschichtung bietet ebenfalls einen hohen Verschleißschutz, bei gleichzeitig guter Wärmeabfuhr. Natürlich muss ein solcher Verschleißschutz Kontur gebend nachbearbeitet werden.
  • Die Verschleißschutzbeschichtung soll aus einem härteren Werkstoff als der Grundkörper bestehen. Sie kann eine Dicke von weniger als 30 mm, besonders bevorzugt weniger als 10 mm und insbesondere weniger als 5 mm, aufweisen. Die Werkstoffe, die als Verschleißschutzbeschichtung eingesetzt werden, haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff des Grundkörpers. Wird die Dicke der Verschleißschutzbeschichtung möglichst gering gehalten, so findet dennoch ein hoher Wärmeübergang von dem zu formenden Blechbauteil über die Verschleißschutzbeschichtung in den Grundkörper statt. Dadurch wird eine gute Wärmeabfuhr von dem herzustellenden Blechbauteil ermöglicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verschleißschutzbeschichtung von einer Flammspritzschicht gebildet. Die Flammspritzschicht bietet hier insbesondere den Vorteil, dass sie nach einem Verschleiß erneut aufgetragen werden kann und durch spanabhebende Bearbeitung des Formbelags wieder in die gewünschte Form gebracht werden kann.
  • Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 60 W/mK auf. Besonders bevorzugt kommt eine Werkzeugaluminiumlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 130 W/mK zum Einsatz. Ein solches Werkzeugmaterial ermöglicht während und kurz nach dem Warmformvorgang eine besonders gute Wärmeabfuhr, was sich positiv auf die Produktionsgeschwindigkeit auswirkt.
  • Bei dem erfindungsgemäß hergestellten Warmformwerkzeug ist es möglich, dass in den Grundkörper Kühlkanäle eingegossen sind. Es können Kupfer-, Edelstahl-, Aluminium- oder Stahlrohre eingegossen werden, die später als Kühlkanäle zur Leitung eines kühlenden Fluids eingesetzt werden. Hierdurch lassen sich besonders gut und fertigungstechnisch günstig verschiedenste Strömungswege auf die jeweiligen Geometrien des herzustellenden Blechbauteils anpassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen lediglich dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Warmformwerkzeug im Eingriff in einer Querschnittsansicht;
    Figur 2
    a) ein Oberwerkzeug mit einem Verschleißschutzblech und b) ein Oberwerkzeug mit einer Flammspritzschicht;
    Figur 3
    ein Oberwerkzeug mit Verschleißschutzblech in einer Ausführungsform mit einer Lötverbindung und einer Ausführungsform mit einer Wärmeleitpaste und
    Figur 4
    ein Oberwerkzeug mit einer Darstellung eines eingegossenen Kühlkanals.
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Warmformwerkzeug 1. Das Warmformwerkzeug 1 wird in einem geschlossenen Zustand gezeigt. Ein umgeformtes Blechbauteil 2 befindet sich zwischen einem Oberwerkzeug 3 und einem Unterwerkzeug 4. Das Oberwerkzeug 3 und das Unterwerkzeug 4 bestehen dabei aus einem Grundkörper 6 mit Kühlkanälen 5. Durch die Kühlkanäle 5 fließt ein Wärme abführendes Fluid. Auf dem Grundkörper 6 befindet sich blechbauteilseitig ein Formbelag 7. Der Formbelag 7 schützt den Grundkörper 6 vor erhöhtem Verschleiß und begrenzt einen Formholraum 8. Durch das erwärmte Blechbauteil 2 erfolgt ein Wärmeübergang W vom hergestellten Blechbauteil 2 über den Formbelag 7 in den Grundkörper 6. Diesem Wärmeübergang W folgt eine Wärmeleitung innerhalb des Grundkörpers 6. Die dem hergestellten Blechbauteil 2 entzogene Wärme wird vom Grundkörper 6 in die Kühlkanäle 5 und schließlich in das Kühlmedium abgeführt.
  • Figur 2a zeigt den Formbelag 7 als Verschleißschutzblech 9. Das Verschleißschutzblech 9 ist durch kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung auf dem Grundkörper 6 des Oberwerkzeugs 3 befestigt. Dabei kann sich zwischen dem Verschleißschutzblech 9 ein Wärmeleitmittel 10 oder ein Klebstoff 11 befinden. Es kann sich aber auch ein Lot oder flüssiges Metall zwischen dem Verschleißschutzblech 9 und dem Grundkörper 6 befinden.
  • Zur Herstellung der Verschleißschutzbleche 9 auf dem Oberwerkzeug 3 und dem Unterwerkzeug 4 wird ein Dreifachblech, bestehend aus einer oberen Verschleißschutzplatine 12, einer Bauteilplatine 13 und einer unteren Verschleißschutzplatine 12 in das Warmformwerkzeug 1 eingelegt. Durch den Umformvorgang des Warmformwerkzeugs 1 wird nicht nur das Blechbauteil 2 aus der Bauteilplatine 13 hergestellt, sondern auch die Verschleißschutzbleche 9 aus den Verschleißschutzplatinen 12.
  • Zur Entfernung des Verschleißschutzblechs 9 von dem Grundkörper 6 können beide Bauteile zusammen in einen Wärmeofen 14 eingebracht werden. Die Verbindung zwischen dem Grundkörper 6 und dem Verschleißschutzblech 9 wird somit durch Erhitzen gelöst und beide Bauteile sind voneinander entfernbar.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Verbindung zwischen Verschleißschutzplatine 12 und dem Grundkörper 6 auch durch ein Lot 15 hergestellt werden.
  • Figur 3 zeigt ein Oberwerkzeug 3 in einer Schnittdarstellung, wobei ein Formbelag 16 durch eine Verschleißschutzbeschichtung 17 gebildet wird. Die Verschleißschutzbeschichtung 17 kann in einem Beschichtungsverfahren auf den Grundkörper 6 des Oberwerkzeugs 3 aufgebracht werden und durch spanabhebende Bearbeitung nachbearbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Verschleißschutzbeschichtung 17 als Flammspritzschicht 18 ausgebildet. Figur 3 zeigt die Verschleißschutzbeschichtung 17 im unbearbeiteten Zustand.
  • Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Oberwerkzeug 3, das erfindungsgemäß ein Verschleißschutzblech 9 aufweist, welches unter Eingliederung eines Wärmeleitmittels 10 an dem Oberwerkzeug 3 befestigt ist.
  • Der Grundkörper 6 ist in Figur 4 als Gussbauteil ausgebildet. In dieses Gussbauteil wurden Kühlkanäle 5 zur Strömungsführung eines Wärme abführenden Fluids eingegossen, die schematisch an die Außenkontur des Werkzeugs angepasst wurden.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Warmformwerkzeug
    2 -
    Blechbauteil
    3 -
    Oberwerkzeug
    4 -
    Unterwerkzeug
    5 -
    Kühlkanal
    6 -
    Grundkörper
    7 -
    Formbelag
    8 -
    Formhohlraum
    9 -
    Verschleißschutzblech
    10 -
    Wärmeleitmittel
    11 -
    Klebstoff
    12 -
    Verschleißschutzplatine
    13 -
    Bauteilplatine
    14 -
    Wärmeofen
    15 -
    Lot
    16 -
    Formbelag
    17 -
    Verschleißschutzbeschichtung
    18 -
    Flammspritzschicht
    W -
    Wärmeübergang

Claims (16)

  1. Warmformwerkzeug (1) zur Warmformung und zum Presshärten von Blechbauteilen (2) mit einem Oberwerkzeug (3) und Unterwerkzeug (4) welche einen Kühlkanäle (5) aufweisenden Grundkörper (6) aus einem mechanisch leicht zu bearbeitenden Nichteisen-Metall, und einen an dem Grundkörper (6) angeordneten Formbelag (7) besitzen, welcher einen Formhohlraum (8) des Warmformwerkzeugs (1) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Formbelag (7) als lösbar mit dem Grundkörper (6) verbundenes Verschleißschutzblech (9) ausgebildet ist.
  2. Warmformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißschutzblech (9) zumindest bereichsweise durch Löten mit dem Grundkörper (6) verbunden ist.
  3. Warmformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißschutzblech (9) mechanisch lösbar mit dem Grundkörper (6) verbunden ist, wobei sich zwischen dem Verschleißschutzblech (9) und dem Grundkörper (6) ein pastöses Wärmeleitmittel (10) befindet.
  4. Warmformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißschutzblech (9) über einen Klebstoff (11) mit dem Grundkörper (6) verbunden ist.
  5. Warmformwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Klebstoff (11) thermisch entklebbar ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Warmformwerkzeugs (1) zur Warmformung von Blechbauteilen (2) mit einem Oberwerkzeug (3) und einem Unterwerkzeug (4), welche einen Kühlkanäle (5) aufweisenden Grundkörper (6) aus einem mechanisch leicht zu bearbeitenden Nichteisen-Metall, und einen an dem Grundkörper (6) angeordneten Formbelag (7) besitzen, welcher einen Formhohlraum (8) des Warmformwerkzeugs (1) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Formbelag (7) als lösbar mit dem Grundkörper (6) verbundenes Verschleißschutzblech (9) ausgebildet ist, wobei zur Formgebung der Verschleißschutzbleche (9) zwei Verschleißschutzplatinen (12) und gleichzeitig eine zwischen den Verschleißschutzplatinen (12) angeordnete Bauteilplatine (13) gemeinsam von den Grundkörpern (6) warmumgeformt und pressgehärtet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzbleche (9) während des Formungsprozesses mit einem Klebstoff (11) oder mit einer Lotpaste (15) versehen sind, so dass sie gleichzeitig warmumgeformt, pressgehärtet und mit dem Grundkörper (6) des Werkzeugs (1) verbunden werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (6) und dem Verschleißschutzblech (9) ein pastöses Wärmeleitmittel (10) angeordnet wird.
  9. Verfahren zum Trennen von Verschleißschutzplatinen (12) von einem Grundkörper (6) eines Warmformwerkzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (6) mit der Verschleißschutzblech (9) in einen Wärmeofen (14) eingebracht wird, in welchem ein Lot (15) oder ein Klebstoff (11) zwischen dem Grundkörper (6) und dem Verschleißschutzblech (9) aufgeschmolzen wird oder ein Klebstoff (11) zwischen dem Grundkörper (6) und dem Verschleißschutzblech (9) thermisch entklebt wird und anschließend das Verschleißschutzblech (9) von dem Grundkörper (6) getrennt wird.
  10. Warmformwerkzeug zur Warmformung von Blechbauteilen (2) mit einem Ober- und Unterwerkzeug (3, 4), welche einen Kühlkanäle (5) aufweisenden Grundkörper (6) aus einem mechanisch leicht zu bearbeitenden Nichteisen-Metall, und einen an dem Grundkörper (6) angeordneten Formbelag (16) besitzen, welcher einen Formhohlraum (8) des Warmformwerkzeugs (1) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formbelag (16) von einer Verschleißschutzbeschichtung (17) gebildet ist.
  11. Warmformwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzbeschichtung (17) von einem an den Grundkörper (6) angegossenen Stahl gebildet ist.
  12. Warmformwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzbeschichtung (17) von einer Flammspritzschicht (18) gebildet ist.
  13. Warmformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (6) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 60 W/mK aufweist.
  14. Warmformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (6) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
  15. Warmformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (6) Kühlkanäle (5) eingegossen sind.
  16. Warmformwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5) aus Kupfer, Edelstahl, Aluminium oder Stahl bestehen
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