WO2008086768A1 - Vorrichtung zur herstellung pressgehärteter blechbauteile - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung pressgehärteter blechbauteile Download PDF

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Axel Wittig
Karl Geisinger
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    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing

Definitions

  • the invention relates to a forming tool for producing press-hardened sheet-metal shaped parts.
  • the process of press hardening is used in practice to produce from manganese-boron steel sheets components which have an approximately uniform degree of hardness of up to 1500 Mpa.
  • the blanks or preformed components are austenitized in an oven at temperatures of 900 ° - 950 0 C and inserted into the forming tool. It takes place the forming and locking of the tool under pressure.
  • a targeted cooling and tempering of the material takes place through a martensite transformation.
  • the required cooling of the die and die, the so-called active parts is usually carried out by a coolant, as a rule
  • DE 103 41 867 A1 discloses a device for producing a hardened sheet-metal profile, in which the cooling arrangements are located inside the active parts, equidistant from the tool surface. This should be realized a uniform cooling.
  • the invention has for its object to simplify the tool cooling of a hot forming tool production technology while improving the effect and improved controllability. At the same time a significant cost reduction should be achieved by this manufacturing simplification.
  • the invention is based on the idea to carry out the coolant supply and coolant passage via a carrier plate.
  • the forming active parts are placed on this plate or several individual plates arranged next to one another and sealed with a heat-resistant seal to the carrier plate.
  • the cooling channels are located along the parting surfaces between the carrier plates and the active parts.
  • the carrier plates are made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material.
  • Corresponding the required cooling capacity can be introduced by mechanical processing in addition to the active parts open cooling channels.
  • the location of the cooling channels along the separation surface also allows subsequent addition of cooling channels, both in the carrier plates, as well as in the active parts.
  • the geometric shape of the carrier plates and the active parts can optionally be designed so that the separation surface of the tool surface or the workpiece end shape corresponds and is located at a defined distance therefrom. If this is too expensive to produce, the separating surface between the carrier plate and the active part of the tool surface can at least be approximated in its geometric shape. For complex component geometries, it is possible the
  • Subdivide carrier plate according to the active parts in different and independent cooling circuit zones Water is preferably used as the cooling medium, but all other cooling media known in the art are also conceivable, such as e.g. liquid nitrogen or gases.
  • the cross sections of the cooling channels can change along the cooling path. Thus, areas of different cooling and thus different degrees of hardness are achieved on the press-hardened workpiece.
  • Figure 1 tool room of a forming press with the tool according to the invention in a first embodiment.
  • Figure 2 tool room a forming press with the tool according to the invention in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a tool space 2 of a forming press 1 in a simplified representation.
  • the plunger 3 which is fixedly connected to the top plate 4, and a sliding table 5, which is firmly connected to the base plate 6.
  • the plunger 3 In the illustrated position, the plunger 3 is in its lower reversal point.
  • the plunger 3 remains in this position in order to cool the formed workpiece 7 under pressure and thus to harden it.
  • the heat is first entered into the punch 8 and the die 9.
  • the cooling takes place by means of cooling channels 11, which are located in the carrier plates 12.
  • the support plates 12 are firmly connected to the punch 8 and the die 9 and are sealed by means of the seal 14 against each other.
  • the support plates 12 are preferably made of a heat-resistant and pressure-resistant insulating material.
  • the incorporation of the cooling channels 11 in this insulating material is much easier and less expensive compared to the bore channel systems in the active parts, as they are known from the prior art.
  • a strong heat input via the base plate 6, or via the top plate 4 in the press 1 is prevented by means of the support plates 12.
  • the heat from the hot-formed workpiece 7 is discharged substantially only by the cooling medium which flows through the cooling channels 11.
  • the arrangement and the cross-sectional shape of the cooling channels 11 are individually adaptable to the geometry of the workpiece 10 and to thermal requirements with respect to the cooling process.
  • the cooling can be done by means of several independent cooling circuits. As a result, areas of different degrees of hardness can be achieved on a workpiece.
  • FIG. 2 shows a further variant of the tool cooling.
  • the cooling channels 11 are in the parting plane 13 between the support plates 12 and the punch 8 and the die 9.
  • the cooling channels 11 are partially in the support plates 12 and partially in the stamp. 8 and the die 9. This embodiment is selected, for example, when a high cooling capacity is required.
  • the design offers advantages.
  • the separating surface 13 of the outer contour of the punch 8, or the final contour of the formed workpiece 7 is approximated.
  • the cooling channels 11 in turn extend in the Separating surface 13. This ensures a uniform cooling of the formed workpiece 7.
  • the embodiment of the cooling between carrier plate 12 and punch 8 shown here can likewise be realized between carrier plate 12 and die 9.
  • the cooling channels 11 are partially in the carrier plates 12, and partially in the punch 8 and in the die 9.
  • the tool according to the invention offers the
  • the active parts can remain in the tool.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausführung eines Werkzeuges zur Herstellung von pressgehärteten Blechbauteilen durch Umformung einer erwärmten Platine entsprechend bekannter Verfahren der Press-Härtung. Hierzu wird entsprechend der Technik eine Blechplatine auf eine Umformtemperatur erwärmt, in das Werkzeug eingelegt und umgeformt. Die Abkühlung der umgeformten Werkstücke erfolgt mittels Kühlkanälen, die sich in einer Trennfläche zwischen Trägerplatten und den Aktivteilen befinden. Vorzugsweise handelt es sich um offene Kühlkanäle, welche in den Stempel, die Matrize und/oder die Trägerplatte eingearbeitet sind. Vorzugsweise bestehen die (austauschbaren) Trägerplatten aus einem Isolierwerkstoff (Duroplast).

Description

Vorrichtung zur Herstellung pressgehärteter Blechbauteile
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile.
Stand der Technik
Das Verfahren des Presshärtens wird in der Praxis eingesetzt um aus Mangan-Bor-Stahlblechen Bauteile zu erzeugen, welche einen annähernd gleichmäßigen Härtegrad von bis zu 1500 Mpa aufweisen. Die Platinen bzw. vorgeformten Bauteile werden dabei in einem Ofen bei Temperaturen von 900° - 9500C austenitisiert und in das Umformwerkzeug eingelegt. Es erfolgt die Umformung und Zuhaltung des Werkzeuges unter Druck. Dabei findet eine gezielte Abkühlung und Vergütung des Materials durch eine Martensitumwandlung statt. Die erforderliche Kühlung von Matrize und Stempel, den so genannten Aktivteilen erfolgt üblicherweise durch ein Kühlmittel, in der Regel
Wasser, welches durch ein Bohrungs-Kanalsystem im Inneren der Aktivteile geführt wird. Dieses Bohrungs-Kanalsystem ist fertigungstechnisch sehr aufwändig und somit kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil dieser Kühlungslösung besteht darin, dass durch fertigungstechnische Grenzen eine exakte, gleichmäßige Kühlung oft nicht möglich ist. Die DE 103 41 867 Al offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils, bei der die Kühlanordnungen sich im Inneren der Aktivteile, äquidistant zur Werkzeugoberfläche, befinden. Dadurch soll eine gleichmäßige Abkühlung realisiert werden. Die fertigungstechnische
Umsetzung der Kühlanordnungen im Inneren der Aktivteile wird nicht offenbart und erscheint problematisch.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Werkzeugkühlung eines Warmumformwerkzeugs fertigungstechnisch zu vereinfachen bei gleichzeitiger Wirkungsverbesserung und verbesserter Regelbarkeit. Durch diese fertigungstechnische Vereinfachung soll gleichzeitig eine deutliche Kostenreduzierung erreicht werden.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Werkzeug nach dem Ober- begriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Kühlmittelzuführung und Kühlmitteldurchleitung über eine Trägerplatte auszuführen. Auf dieser Platte oder mehreren aneinander gereihten Einzelplatten sind die formgebenden Aktivteile aufgesetzt und mit einer wärmebeständigen Dichtung zur Träger- platte abgedichtet. Die Kühlkanäle befinden sich entlang der Trennflächen zwischen den Trägerplatten und den Aktivteilen. Vorzugsweise bestehen die Trägerplatten aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isoliermaterial. Entsprechend der erforderlichen Kühlleistung können zusätzlich in die Aktivteile offene Kühlkanäle durch mechanische Bearbeitung eingebracht werden. Die Lage der Kühlkanäle entlang der Trennfläche erlaubt auch ein nachträgliches Hinzufügen von Kühlkanälen, sowohl in den Trägerplatten, als auch in den Aktivteilen.
Die geometrische Form der Trägerplatten und der Aktivteile kann optional so gestaltet werden, dass die Trennfläche der Werkzeugoberfläche bzw. der Werkstückendform entspricht und sich in einem definierten Abstand zu dieser befindet. Ist dies fertigungstechnisch zu aufwendig, kann die Trennfläche zwischen Trägerplatte und Aktivteil der Werkzeugfläche in ihrer geometrischen Ausprägung zumindest angenähert werden. Bei komplexen Bauteilgeometrien ist es möglich die
Trägerplatte entsprechend den Aktivteilen in unterschiedliche und voneinander unabhängige Kühlkreislaufzonen zu unterteilen. Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser eingesetzt, aber auch alle anderen, im Stand der Technik bekannten Kühlmedien sind denkbar, wie z.B. flüssiger Stickstoff oder Gase. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Querschnitte der Kühlkanäle sich entlang der Kühlstrecke verändern. Somit werden Bereiche unterschiedlicher Kühlung und somit unterschiedlicher Härtegrade am pressgehärteten Werkstück erreicht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispielen: Es zeigen :
Figur 1 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer ersten Ausführungsvariante.
Figur 2 Werkzeugraum einer Umformpresse mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in einer zweiten Ausführungsvariante .
Figur 3 Werkzeug, in einer dritten Ausführungsvariante.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt einen Werkzeugraum 2 einer Umformpresse 1 in einer vereinfachten Darstellung. Zu sehen ist der Stößel 3, welcher mit der Kopfplatte 4 fest verbunden ist, sowie ein Schiebetisch 5, welcher mit der Grundplatte 6 fest verbunden ist. In der dargestellten Position befindet sich der Stößel 3 in seinem unteren Umkehrpunkt. Beim Presshärten verharrt der Stößel 3 in dieser Position um das umgeformte Werkstück 7 unter Druck abzukühlen und damit zu härten. Die Wärme wird dabei zunächst in den Stempel 8 und die Matrize 9 eingetragen. Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug 10 erfolgt die Kühlung mittels Kühlkanälen 11, welche sich in den Trägerplatten 12 befinden. Die Trägerplatten 12 sind mit dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9 fest verbunden und werden mittels der Dichtung 14 gegeneinander abgedichtet. Auf der Darstellung in Figur 1 wird deutlich, dass die Kühlkanäle 11 von der Trennebene 13 ausgehend in die Trägerplatten 12 eingearbeitet sind. In dieser Ausführungsform sind also mechanische Bearbeitungen im Stempel 8 beziehungsweise in der Matrize 9 zum Zwecke einer Werkzeugkühlung nicht erforderlich. Die Trägerplatten 12 bestehen vorzugsweise aus einem wärmebeständigen und druckfesten Isolierwerkstoff. Die Einarbeitung der Kühlkanäle 11 in diesen Isolierwerkstoff ist im Vergleich zu den Bohrungs-Kanalsystemen in den Aktivteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, deutlich einfacher und kostengünstiger. Ein starker Wärmeintrag über die Grundplatte 6, beziehungsweise über die Kopfplatte 4 in die Presse 1 wird mittels der Trägerplatten 12 verhindert. Die Wärme aus dem warmumgeformten Werkstück 7 wird im Wesentlichen nur durch das Kühlmedium, welches die Kühlkanäle 11 durchströmt, abgeführt. Die Anordnung und die Querschnittsform der Kühlkanäle 11 sind individuell an die Geometrie des Werkstückes 10 und an thermische Vorgaben bezüglich des Abkühlverlaufes anpassbar. Beispielsweise kann die Abkühlung mittels mehrerer voneinander unabhängiger Kühlkreisläufe erfolgen. Dadurch können Bereiche verschiedener Härtegrade an einem Werkstück erzielt werden.
Figur 2 zeigt eine weitere Variante der Werkzeugkühlung. Auch hier befinden sich die Kühlkanäle 11 in der Trennebene 13 zwischen den Trägerplatten 12 und dem Stempel 8 bzw. der Matrize 9. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Lösung befinden sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12 und teilweise in dem Stempel 8 und der Matrize 9. Diese Ausführung wird beispielsweise dann gewählt, wenn eine hohe Kühlleistung erforderlich ist.
Werden sehr hohe Anforderungen an den Temperaturverlauf bei der Abkühlung gestellt, so bietet die Ausführung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist Vorteile. In dieser Ausführungs- Variante wird die Trennfläche 13 der Außenkontur des Stempels 8, beziehungsweise der Endkontur des umgeformten Werkstücks 7 angenähert. Die Kühlkanäle 11 verlaufen wiederum in der Trennfläche 13. Dadurch wird eine gleichmäßige Abkühlung des umgeformten Werkstückes 7 gewährleistet. Die hier dargestellte •Ausführungsform der Kühlung zwischen Trägerplatte 12 und Stempel 8 lässt sich ebenfalls zwischen Trägerplatte 12 und der Matrize 9 realisieren. In dieser Ausführungsvariante ist es ebenfalls denkbar, dass analog der in Figur 2 dargestellten Lösung, sich die Kühlkanäle 11 teilweise in den Trägerplatten 12, und teilweise im Stempel 8 und in der Matrize 9 befinden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1.
Beispielsweise bietet das erfindungsgemäße Werkzeug die
Möglichkeit die Trägerplatte 12 auszutauschen. Die Aktivteile können dabei im Werkzeug verbleiben.
Bezugszeichenliste :
1. Umformpresse
2. Werkzeugraum 3. Stößel
4. Kopfplatte
5. Schiebetisch
6. Grundplatte
7. Werkstück 8. Stempel
9. Matrize 10. Werkzeug 11. Kühlkanäle 12. Trägerplatten 13. Trennebene/Trennfläche 14. Dichtung

Claims

Ansprüche :
1. Werkzeug zur Presshartung von Blechbauteilen, wobei zum Abkühlen des umgeformten Bleches Kuhlmittel innerhalb des Werkzeuges vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) mittels Kuhlkanalen (11) erfolgt, welche entlang einer Trennflache (13) zwischen einem Stempel (8) und/oder einer Matrize (9) und daran angrenzenden Tragerplatten (12) angeordnet sind.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuhlkanale (11) als offene Kanäle ausgeführt sind, welche ausschließlich in die an den Stempel (8) bzw. an die Matrize (9) angrenzenden Tragerplatten (12) eingearbeitet sind.
3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kuhlkanale (11) teilweise in den Stempel (8) und/oder die Matrize (9) und teilweise in die angrenzenden Tragerplatten (12) eingearbeitet sind.
4. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragerplatten (12) aus einem Isolierwerkstoff bestehen.
5. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragerplatte (12) aus einem druckfesten Duroplastmaterial bestehen.
6. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mittels voneinander unabhängigen Kuhlkreislaufzonen erfolgt.
7. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Kuhlkanale (11) innerhalb eines Kuhlkreises variabel sind.
8. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) in ihrer Form der Endkontur des Werkstückes (7) und der Oberfläche des Stempels (8) und/oder der Matrize (9) anpassbar sind.
9. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) mehrteilig ausführbar sind.
10. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (12) je nach Anforderungen an Kühlverläufe oder Härtegrade des Werkstücks (7) austauschbar sind, wobei der Stempel (8) und/oder die Matrize (9) unverändert bleiben.
11. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser einsetzbar ist.
12. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel flüssiger Stickstoff einsetzbar ist.
13. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Gase einsetzbar sind.
14. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (12) bzw. die Matrize (9) abgedichtet wird.
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