WO2018103787A1 - WERKZEUG ZUM GIEßEN UND/ODER UMFORMEN EINES FORMTEILS, GIEßVORRICHTUNG, PRESSE UND VERFAHREN ZUM KOMPENSIEREN EINER THERMISCHEN BELASTUNG EINES FORMTEILS - Google Patents

WERKZEUG ZUM GIEßEN UND/ODER UMFORMEN EINES FORMTEILS, GIEßVORRICHTUNG, PRESSE UND VERFAHREN ZUM KOMPENSIEREN EINER THERMISCHEN BELASTUNG EINES FORMTEILS Download PDF

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WO2018103787A1
WO2018103787A1 PCT/DE2017/101014 DE2017101014W WO2018103787A1 WO 2018103787 A1 WO2018103787 A1 WO 2018103787A1 DE 2017101014 W DE2017101014 W DE 2017101014W WO 2018103787 A1 WO2018103787 A1 WO 2018103787A1
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mold
casting
tempering
molded part
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Martin Gaebges
Michael Werbs
Tobias Schwarz
Michael Richter
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Schuler Pressen Gmbh
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/065—Cooling or heating equipment for moulds
    • 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
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    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/02—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means

Definitions

  • the invention relates to a tool for casting and / or forming a molded part, which has a first tool part and a second tool part, wherein in the case of closing the tool, the first tool part and the second tool part form a shape. Furthermore, the invention relates to a casting device for casting a molded part, a press for casting and / or forming a molded part and a method for compensating a thermal load of a molded part during casting and / or forming.
  • DE 10 2015 118 901 A1 discloses a method for conformal planar temperature control of shell-shaped, vertically oriented shaping tools, the tempering taking place by cooling and / or external heating of the shell-shaped molding tool from its rear side.
  • DE 43 07 347 AI describes a method for Tempering an injection mold, wherein around the mold cavity lines are arranged for a cooling medium or a hot medium.
  • DE 101 38 597 A1 describes a device for controlling and / or regulating the temperature of an injection molding machine by external feedwater supply from a cooling tower.
  • DE 470 196 A discloses a method for casting non-metallic castings, such as wax, in which a metal body is inserted into the molding compound to generate by short-circuit and eddy currents in this heat.
  • an injection mold has cooling channels and, for heating, an inductive conductor outside the mold.
  • DE 35 06 599 the solidification of the melt after the successful filling of the mold by means of pairs in the mold halves opposite, delayed semicircular electrodes is delayed.
  • DE 696 10 550 T2 describes a method and a device for pressure casting, in which a heater for adjusting a working temperature of the molding tool is supplied from the outside to the associated embossing, coating and / or supporting block.
  • a method for casting a metal object in a mold and a corresponding associated device is described in DE 60 2004 007 162 T2, wherein an induction coil surrounds the mold for heating the mold before the casting of the article.
  • WO 2012/159898 AI proposes a continuous casting method and a casting tool for performing the method, wherein after filling the mold by means of cooling channels and / or external application of an external cooling medium, the solidification of the cast Metal is accelerated.
  • DE 101 12 126 A1 discloses a method for automatically compensating the volumetric filling of cavities in multi-injection molds with hot runners in feed nozzles for the plastic melt and with cooling passages for solidifying the melt.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the object is achieved by a tool for casting and / or forming a molded part, which has a first tool part and a second tool part, wherein in the case of closing the tool, the first tool part and the second tool part form a shape, and a tempering is arranged in a tempering distance to the mold, which increases by tempering a mold-forming material in the first tool part and / or in the second tool part, a temperature in the mold and / or the molded part, lowered or constant, so that a thermal load in the molded part is compensated during casting and / or forming.
  • the optimum temperature for hot forming is or will be set in the mold and / or in the molded part. Consequently, a high-quality component is manufactured.
  • the locally present temperature in the mold and / or in the molded part is adapted to the contour and / or wall thickness of the molded part and to the locally required casting pressure and / or the required pressing force.
  • too high or too low thermal loads are avoided in the molding during casting and / or pressing.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that in an at least two-part tool, the mold-surrounding material of at least one of the two tool parts is tempered by means of a tempering device, so that an optimal temperature in the mold and / or the molded part during hot forming is present.
  • thermal stresses on the molded part can be compensated, for example, due to the filled hot melt during casting in the mold and / or due to a non-optimum hot working temperature in combination with the mechanical stress due to the pressing force.
  • mold-forming material of the mold half of the first and / or the second tool part can be pre-cooled or preheated and only then closed the tool and the casting and / or forming can be started.
  • the temperature of a part of the tool, a part of the mold or a part of the workpiece / molded part can be acted upon.
  • a "tool” is, in particular, an object used for machining a workpiece and / or casting to produce a molded part, the tool being guided by a person and / or a machine
  • the tool is used in particular in a shaping production method such as preforming, forming and / or casting.
  • the tool is used in particular in a machine tool, a casting device and / or a press
  • the tool may have an inner contour which is impressed as an outer contour of a workpiece or a molded part Tool and / or his Tool part or its tool parts one
  • “Casting” is, in particular, a manufacturing process in which a solid body of a certain shape is formed from a liquid material (melt) after solidification.Toughening, in particular, a die is used as a permanent mold the continuous casting.
  • Forming is in particular a manufacturing process in which a workpiece made of metal and / or metal alloy is purposefully plastically converted into another shape.
  • the forming is in particular a warm forging and / or a
  • Hot forming wherein in the latter the workpiece is heated to a temperature, for example above the recrystallization temperature of its material before forming.
  • a "molded part” is in particular a component made of a workpiece or a cast part
  • the molded part can serve as a component of a technical complex, such as a machine and / or an apparatus
  • the molded part is formed in particular plastically due to a change in shape targeted casting and / or forming
  • a molded part in particular almost finished shapes or geometries.
  • a “mold” is understood in particular to mean a cavity of the tool whose inner contour is embossed as an outer contour on a workpiece, and / or in which the cavity of the mold is poured out with melt to produce the molded part. Mold cavity ".
  • a tempering device is in particular a device for controlling the temperature of a material that surrounds the mold
  • the temperature of the mold-surrounding material and a temperature in the mold and / or the molded part can be set and / or regulated Temperature in the mold and / or the molding in particular increased, lowered or kept constant
  • Tempering device is arranged in particular within the tool and / or a tool part. Likewise, the tempering on the tool and / or tool part can be arranged in particular in the immediate vicinity formumshareden material.
  • a "tempering distance” is, in particular, a distance in which the tempering device is arranged to form the mold. Within the tempering distance, in particular, a tempering of the mold-surrounding material takes place.
  • Molding is understood to mean, in particular, the temperature adaptation of the mold-surrounding material by increasing, decreasing and / or keeping the temperature constant.
  • mold-surrounding material is meant, in particular, the material of a tool part which is arranged on one side of the mold The mold-surrounding material is present in particular on and / or in the vicinity of the mold part.
  • thermodynamic equilibrium is in particular a physical quantity that characterizes the thermodynamic equilibrium: in particular, two bodies which are in direct contact with each other have different temperatures, so that heat flows from the warmer body to the colder one Kelvin (K) or Celsius (° C) indicated.
  • a "thermal load” is understood in particular to mean that the molded part is not poured and / or formed at an optimum temperature, In particular, the thermal stress occurs in a limited area of the molded part, the molded part having different areas with different thermal loads
  • a thermal load may be too low or too high a temperature, in particular, a thermal load also includes a heat load due to a too high and / or unmatched pressing force.
  • the tool has a second tempering device, a third
  • Tempering device a fourth temperature control and / or a further tempering on.
  • each of the opposing tool parts each have their own tempering be arranged.
  • a plurality of tempering devices can be arranged in one tool part, so that, in particular in the case of large-area and / or complex shaped parts, a plurality of different local temperatures are set in accordance with the respective thermal loads of the molded part.
  • a second, third, fourth and / or further tempering device corresponds in its embodiment and function to the tempering device defined above.
  • the tempering device or the tempering devices is or are an inductive tempering device and / or a conductive tempering device.
  • An "inductive tempering device” is, in particular, an induction coil which is traversed by low and / or medium-frequency alternating current and thereby generates an alternating magnetic field
  • a "conductive temperature control device” is, in particular, a tempering device in which heating of the mold-surrounding material and / or of the tool part takes place as a result of a heat flow in the mold-surrounding material and / or the tool part as a result of a temperature difference due to water cooling or heating and / or by direct conduction of direct or alternating current through the mold-forming material.
  • the first tool part and / or the second mold part has or have at least one temperature sensor.
  • a “temperature sensor” is, in particular, a technical component which qualitatively or quantitatively detects a temperature of its surroundings The detected temperature as a qualitative or quantitative measured variable is converted in particular by the temperature sensor into a processable electrical measurement signal
  • a temperature sensor may be, in particular, a Surface Acoustic Wave (SAW) sensor with a wide temperature-resistance range of -50 ° C to -30 ° C over 400 ° C act.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • a control and / or regulating device is assigned to the tool so that the temperature in the mold and / or in the molded part can be set as a function of a measured value of the temperature sensor.
  • the temperature of the mold and / or the molded part can be detected and during the forming and / or Casting process can be adjusted in real time.
  • the temperature and / or the thermal load can be controlled and / or regulated according to the requirements of the molded part to be manufactured and / or the various phases of the casting and / or forming process.
  • a "control and / or regulating device” is a device for controlling and / or regulating a variable and / or a parameter
  • controlling by the control device in particular one size or several variables influence as input variables a different size than the output variable
  • the control device specifically influences the temperature in the mold and / or the molded part.
  • Controlling by the control device in particular continuously records a controlled variable and compares it with another variable (reference variable) and influences it to match the reference variable.
  • the control device for example, the temperature of the mold and / or the molding is adjusted to a predetermined target temperature.
  • the first tool part and / or the second tool part has different tempering zones
  • the object is achieved by a casting device for casting a molded part with a previously described tool.
  • the melt flow in the mold can be specifically influenced by the tempering device or the tempering devices.
  • local heating by means of a tempering device can improve the melt flow within the mold or reduce and / or slow down the melt flow by cooling.
  • a casting device is in particular a device for casting a molded part. a melt supply, a mold and / or a mold-forming tool.
  • the first tool part and the second tool part are aligned horizontally and / or vertically by means of a tool holder.
  • melt flow and / or the melt distribution within the mold can be optimized by the tempering device or the tempering devices.
  • a "tool holder” is a component which receives and / or holds the tool and / or the tool parts during the machining process.
  • the tool holder allows a quick change of the tool and provides an interface between the tool and the drive.
  • the object is achieved by a press for casting and / or forming a molded part, the press having a drive for applying a pressing force and / or a tool receptacle for receiving a tool, with a previously described tool and / or a previously described casting device.
  • a press which, due to the optimal temperatures during production, enables a qualitatively very high-quality and / or homogeneous manufactured molded part.
  • a "press” is in particular a forming machine with rectilinear relative movement of the tool.
  • Materials In a press, in particular, production methods such as prototyping, casting, forming, deep drawing, joining, coating, cutting, cutting and / or changes of
  • a press is a bound, energy or force press.
  • the object is achieved by a method for compensating a thermal load of a molded part during casting and / or forming by means of a previously described tool and / or a previously described casting device and / or a previously described press, with the following steps:
  • the object is achieved by a method for casting and / or forming a molded part by means of a previously described tool and / or a previously described
  • Casting device and / or a previously described press with the following steps: Closing the tool and forming a mold between the first tool part and the second tool part,
  • the object is achieved by a molded part, wherein the molded part is manufactured according to a method described above.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a press with Druckg automatvorraum and
  • Figure 2 is a schematic representation of five
  • a press 101 has a die casting device 103 and a tool 105.
  • the tool 105 consists of an upper mold half 107 and a lower mold half 109, which are aligned horizontally. Furthermore, the press 101 has a drive 115, a plunger 117 and a tool holder 111. On the tool holder 111, the upper mold half 107 is attached. The lower tool half 109 is disposed on a press table 119.
  • the upper die half 107 and the lower die half 109 surrounding the mold cavity 113 each have a water cooling 127 and a temperature sensor 133.
  • the upper tool half 107 and the lower tool half 109 Surrounding the outer edges of the mold cavity 113 on both sides, the upper tool half 107 and the lower tool half 109 have in each case an induction coil 125.
  • the lower mold half 107 additionally has a temperature sensor 133 on both sides.
  • a temperature in the mold 113 is determined on both sides and the control device, not shown, a control signal to the Water cooling 127 sent to further cool the mold-forming material of the upper die half 107 and the lower die half 109 until a set temperature is reached.
  • the temperature of the melt in these edge regions is determined by means of the temperature sensors 133 arranged on both sides in the upper mold half 107 and set by means of the control device, not shown.
  • opposing temperature zones are present in the two-sided outer peripheral regions of the mold cavity 113 with a temperature difference of ⁇ 1 ° C between the mold-surrounding material of the upper mold half 107 and the lower mold half 109.
  • the tool 105 is opened and the upper die half 107 is moved over the plunger 117 and the drive 115 upwards. Subsequently, the finished molded part is ejected by means of an ejector, not shown, in the press table 119.
  • a press has a tool for hot forming with a tool contour 201.
  • Five tempering zones 205, 207, 209, 211 and 213 are arranged via the tool contour 201 and a shaped part contour 203 in the form of a steel carrier.
  • the tempering zones 205, 207, 209, 211 and 213 are each implemented opposite in the lower tool and upper tool.
  • the molded part contour 203 has in each of the five temperature control zones 205, 207, 209, 211 and 213 a different wall thickness.
  • a temperature in the respective temperature control zone 205, 207, 209, 211 and 213 of the lower and upper tool is measured and by means of a not shown control device different set temperatures due to the different wall thicknesses in the five temperature control zones 205, 207, 209, 211 and 213 are set.
  • a temperature difference of ⁇ 2 ° C between the respective tempering zone 205, 207, 209, 211 and 213 of the lower tool and the upper tool is maintained. Due to the different setpoint temperatures, a uniform cooling rate and thus structural transformation is achieved over the entire molded part contour 203.
  • the tempering zones 205, 207, 209 211 and 213 are optimally adapted both to the tool contour 201 and to the shaped part contour 203, so that the different local thermal loads on the molded part during hot forming are optimally compensated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden, und eine Temperiereinrichtung in einer Temperierentfernung zur Form angeordnet ist, welche durch ein Temperieren eines formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil erhöht, erniedrigt oder konstant hält, sodass eine thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Formteils, eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils und ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen.

Description

Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, Gießvorrichtung, Presse und Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils
[Ol] Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Formteils, eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils und ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen.
[02] Bei Verfahren zum Warmumformen, beispielsweise beim Gießen und/oder Pressen eines Werkstoffes oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur, erfahren das Umformwerkzeug und/oder die Form Temperaturänderungen während des Prozesses .
[03] Durch unterschiedliche Wärmeflüsse innerhalb der Umformvorrichtung, beispielsweise aufgrund der Montage des Werkzeuges am Pressenstößel oder an der Pressentischplatte, und durch unterschiedliche Wärmeeinträge beim Warmumformen, beispielsweise wenn das umzuformende Werkstück Asymmetrien und/oder unterschiedliche Materialstärken aufweist, entstehen Temperaturdifferenzen innerhalb eines Werkzeuges, zwischen gegenüberliegenden Bereichen von Werkzeugteilen und/oder in der Form sowie am umzuformenden Werkstück.
[04] Diese Temperaturdifferenzen können dazu führen, dass beim Warmumformen lokal nicht die optimale Temperatur vorliegt. Folglich besteht die Gefahr, dass das Werkstück in bestimmten Bereichen bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur umgeformt wird. Nachteilig hierbei ist, dass der Werkstoff beispielsweise dadurch nicht die gewünschte Gefügeänderung annimmt.
[05] Unerwünschte Temperaturdifferenzen innerhalb eines Werkzeuges und/oder einer Form und/oder des Werkstücks sowie ein Warmumformen bei der nicht optimalen lokalen Temperatur führen zu einem erhöhten Verschleiß des Werkzeuges und/oder der Form und/oder zu einer unerwünschten Gefügeanordnung des Werkstücks. Zudem führen Temperaturdifferenzen zwischen zwei gegenüberliegenden Werkzeugteilen, beispielsweise einem Ober- und
Unterwerkzeug, zu einer Verlagerung der Kontaktflächen und somit auch der Dichtflächen zwischen beiden Werkzeugteilen.
[06] Insbesondere beim Gießen kann es durch diese Verlagerung zum unerwünschten Austreten von flüssiger, heißer Schmelze aus dem Werkzeug kommen.
[07] In der DE 10 2015 118 901 AI ist ein Verfahren zur konturnahen flächenhaften Temperierung von schalenförmigen, vertikal ausgerichteten Formwerkzeugen offenbart, wobei das Temperieren durch Kühlen und/oder externes Heizen des schalenförmigen Formwerkzeuges von dessen Rückseite her erfolgt. Die DE 43 07 347 AI beschreibt ein Verfahren zum Temperieren einer Spritzgießform, wobei um die Formausnehmung herum Leitungen für ein Kühlmedium oder ein Heißmedium angeordnet sind. Die DE 101 38 597 AI beschreibt eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Temperatur einer Spritzgussmaschine durch externe Speisewasserzufuhr aus einem Kühlturm. In der DE 470 196 A ist ein Verfahren zum Gießen von nicht-metallischen Gussstücken, wie beispielsweise Wachs, offenbart, bei welchem ein Metallkörper in die Formmasse eingelegt wird, um durch Kurzschluss- und Wirbelströme in dieser Wärme zu erzeugen.
[08] In der DE 10 2010 054 660 AI weist eine Spritzgussformwerkzeug Kühlkanäle sowie zum Erwärmen einen induktiven Leiter außerhalb des Formwerkzeuges auf. In der DE 35 06 599 wird das Erstarren der Schmelze nach dem erfolgten Befüllen der Form mittels paarweise in den Formwerkzeughälften gegenüberliegenden, halbkreisförmig ausgeführten Elektroden verzögert.
[09] In der DE 696 10 550 T2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressgießen beschrieben, bei welcher eine Heizung zum Einstellen einer Arbeitstemperatur des Formwerkzeuges von außen dem zugeordneten Präge-, Ummantelungs- und/oder Tragblock zugeführt wird.
[10] Ein Verfahren zum Gießen eines Metallgegenstandes in einer Kokille und eine entsprechende zugehörige Vorrichtung ist in der DE 60 2004 007 162 T2 beschrieben, wobei zum Aufheizen der Kokille vor dem Gießen des Gegenstandes eine Induktionsspule die Kokille umgibt. [11] Um die Taktzeit beim Gießen zu verringern, schlägt die WO 2012/159898 AI ein Dauergießverfahren sowie ein Gießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens vor, wobei nach dem Befüllen der Form mittels Kühlkanäle und/oder externen Beaufschlagen mit einem externen Kühlmedium das Erstarren des gegossenen Metalls beschleunigt wird.
[12] In der DE 101 12 126 AI ist ein Verfahren zum automatischen Ausgleich der volumetrischen Füllung von Kavitäten bei Mehrfach-Sprit zgießwerkzeugen mit Heißkanälen in Zuführdüsen für die Kunststoffschmelze sowie mit Kühlkanälen zum Erstarren der Schmelze offenbart.
[13] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[14] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden, und eine Temperiereinrichtung in einer Temperierentfernung zur Form angeordnet ist, welche durch ein Temperieren eines formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil erhöht, erniedrigt oder konstant hält, sodass eine thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.
[15] Somit wird durch Temperieren eines Werkzeuges eine Temperatur in der thermisch belasteten Form und/oder dem thermisch belasteten Formteil gezielt konstant gehalten, gezielt erniedrigt oder gezielt erhöht. Folglich werden auch eine übermäßige thermische Belastung des Werkzeuges, eine Verlagerung von Kontaktflächen, ein Berühren der Werkzeugteile und somit ein Werkzeugbruch verhindert.
[16] Vor allem wird oder werden in der Form und/oder in dem Formteil die optimale Temperatur für ein Warmumformen eingestellt. Folglich wird ein qualitativ hochwertiges Bauteil gefertigt.
[17] Es ist besonders vorteilhaft, dass die lokal vorliegende Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil an die Kontur und/oder Wandstärke des Formteils sowie an den lokal erforderlichen Gießdruck und/oder die erforderliche Presskraft angepasst wird. Somit werden zu hohe oder zu niedrige thermische Belastungen in dem Formteil während des Gießens und/oder Pressens vermieden.
[18] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass bei einem mindestens zweiteiligen Werkzeug das formumgebende Material mindestens eines der beiden Werkzeugteile mittels einer Temperiereinrichtung temperiert wird, sodass eine optimale Temperatur in der Form und/oder dem Formteil beim Warmumformen vorliegt. Somit können thermische Belastungen des Formteils beispielsweise aufgrund der eingefüllten heißen Schmelze beim Gießen in der Form und/oder aufgrund einer nicht optimalen Warmumformtemperatur in Kombination mit der mechanischen Belastung aufgrund der Presskraft ausgeglichen werden. [19] Selbstverständlich kann auch bei noch offenem Werkzeug das formumgebende Material der Formhälfte des ersten und/oder des zweiten Werkzeugteils vorgekühlt oder vorgewärmt werden und erst anschließend das Werkzeug geschlossen und das Gießen und/oder Umformen begonnen werden .
[20] Mithin kann lokal auf die Temperatur eines Teils des Werkzeugs, eines Teils der Form oder eines Teils des Werkstücks/Formteils eingewirkt werden.
[21] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[22] Ein „Werkzeug" ist insbesondere ein Objekt, mit dem ein Bearbeiten eines Werkstückes und/oder ein Gießen zum Fertigen eines Formteils erfolgt, wobei das Werkzeug durch einen Menschen und/oder eine Maschine geführt wird. Bei einem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Formwerkzeug. Das Werkzeug wird insbesondere in einem formgebenden Fertigungsverfahren wie Vorformen, Umformen und/oder Gießen verwendet. Das Werkzeug wird insbesondere in einer Werkzeugmaschine, einer Gießvorrichtung und/oder einer Presse eingesetzt. Das Werkzeug besteht insbesondere aus mindestens zwei Werkzeugteilen, beispielsweise einem Unter- und/oder einem Oberwerkzeug, oder aus mehr als zwei Werkzeugteilen, wobei im Falle des Schließens des Werkzeuges diese mehreren Werkzeugteile die Form ausbilden. Das Werkzeug kann eine Innenkontur aufweisen, welche als Außenkontur einem Werkstück oder einem Formteil aufgeprägt wird. Insbesondere weist das Werkzeug und/oder sein Werkzeugteil oder seine Werkzeugteile eine
Temperiereinrichtung auf.
[23] „Gießen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren bei dem aus einem flüssigen Werkstoff (Schmelze) nach einem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form entsteht. Zum Gießen wird insbesondere ein Werkzeug als Dauerform verwendet. Zum Gießen gehören insbesondere das Druckgießen, Kokillengießen und/oder das Stranggießen.
[24] „Umformen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem ein Werkstück aus Metall und/oder Metalllegierung gezielt plastisch in eine andere Form gebracht wird. Insbesondere wird ein Werkstück durch Umformen in ein Formteil überführt. Beim Umformen kann es sich um Tiefziehen und/oder Pressen handeln. Das Umformen ist insbesondere ein Halbwarmumformen und/oder ein
Warmumformen, wobei bei letzterem das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur beispielsweise über der Rekristallisationstemperatur seines Werkstoffes erwärmt wird .
[25] Ein „Formteil" ist insbesondere ein aus einem Werkstück gefertigtes oder ein gegossenes Einzelteil. Das gefertigte Formteil kann als Bauteil eines technischen Komplexes dienen, wie zum Beispiel einer Maschine und/oder eines Apparates. Das Formteil entsteht insbesondere plastisch aufgrund einer Formveränderung durch gezieltes Gießen und/oder Umformen. Somit weist ein Formteil insbesondere fast fertige Formen oder Geometrien auf. [26] Unter einer „Form" wird insbesondere ein Hohlraum des Werkzeuges verstanden, dessen Innenkontur als Außenkontur einem Werkstück aufgeprägt wird, und/oder bei dem der Hohlraum der Form mit Schmelze zum Fertigen des Formteils ausgegossen wird. Eine Form wird insbesondere auch als „Formkavität" bezeichnet.
[27] Eine „Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung zum Temperieren eines formumgebenden Materials. Somit kann mittels der Temperiereinrichtung die Temperatur des formumgebenden Materials sowie eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil eingestellt und/oder geregelt werden. Mittels der Temperiereinrichtung wird die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil insbesondere erhöht, gesenkt oder konstant gehalten. Die
Temperiereinrichtung ist insbesondere innerhalb des Werkzeuges und/oder eines Werkzeugteils angeordnet. Ebenso kann die Temperiereinrichtung am Werkzeug und/oder Werkzeugteil insbesondere in unmittelbarer Nähe formumgebenden Material angeordnet sein.
[28] Eine „Temperierentfernung" ist insbesondere eine Entfernung, in welcher die Temperiereinrichtung zur Form angeordnet ist. Innerhalb der Temperierentfernung findet insbesondere ein Temperieren des formumgebenden Materials statt .
[29] Unter „Temperieren" wird insbesondere die Temperaturanpassung des formumgebenden Materials durch ein Erhöhen, Erniedrigen und/oder Konstanthalten der Temperatur verstanden . [30] Unter „formumgebendes Material" wird insbesondere das Material eines Werkzeugteils verstanden, welches an einer Seite der Form angeordnet ist. Das formumgebende Material liegt insbesondere am und/oder in der Nähe der Form des Werkzeugteiles vor.
[31] Eine „Temperatur" ist insbesondere eine physikalische Größe, welche das thermodynamische Gleichgewicht kennzeichnet. Insbesondere weisen zwei Körper, welche in direktem Kontakt zueinander stehen, unterschiedliche Temperaturen auf, so fließt Wärme vom wärmeren Körper zum kälteren. Die Temperatur wird in der Einheit Kelvin (K) oder Celsius (°C) angegeben.
[32] Unter einer „thermischen Belastung" wird insbesondere verstanden, dass das Formteil nicht bei einer optimalen Temperatur gegossen und/oder umgeformt wird. Insbesondere tritt die thermische Belastung in einem begrenzten Bereich des Formteils auf, wobei das Formteil unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen thermischen Belastungen aufweisen kann. Bei einer thermischen Belastung kann es sich um eine zu niedrige oder eine zu hohe Temperatur handeln. Eine thermische Belastung umfasst insbesondere auch eine Wärmebelastung aufgrund einer zu hohen und/oder nicht angepassten Presskraft.
[33] In einer weiteren Ausführungsform weist das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte
Temperiereinrichtung, eine vierte Temperiereinrichtung und/oder eine weitere Temperiereinrichtung auf. [34] Somit kann in jedem der sich gegenüberliegenden Werkzeugteile jeweils eine eigene Temperiereinrichtung angeordnet werden.
[35] Zudem können in einem Werkzeugteil mehrere Temperiereinrichtungen angeordnet werden, sodass insbesondere bei großflächigen und/oder komplexen Formteilen mehrere unterschiedliche lokale Temperaturen entsprechend den jeweils vorliegenden thermischen Belastungen des Formteils eingestellt werden.
[36] Folglich können durch mehrere Temperiereinrichtungen in einem Werkzeugteil lokal sehr fein abgestimmt unterschiedliche Wärmeflüsse und/oder Wärmeeinträge in das Werkzeug, in die Form und/oder dem Formteil kompensiert werden. So können sich beispielsweise erwärmende und kühlende Temperiereinrichtungen in einem Werkzeugteil abwechseln .
[37] Eine zweite, dritte, vierte und/oder weitere Temperiereinrichtung entspricht in ihrer Ausführungsform und Funktion der oben definierten Temperiereinrichtung.
[38] Um die Temperiereinrichtung optimal an die Geometrie und/oder die Position der Werkzeugteile und/oder der Form anzupassen, ist oder sind die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung.
[39] Zudem kann durch die Wahl der Art der Temperiereinrichtung auch die Geschwindigkeit des Wärmeflusses von dem formumgebenden Material zur Form und/oder dem Formteil beeinflusst werden.
[40] Bei einer „induktiven Temperiereinrichtung" handelt es sich insbesondere um eine Induktionsspule, welche von nieder- und/oder mittelfrequentem Wechselstrom durchflössen wird und dadurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld induziert insbesondere im formumgebenden Material eines Werkzeugteils Wirbelströme, wodurch das formumgebende Material und/oder das Werkzeugteil erwärmt wird oder werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Wärme unmittelbar im formumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil selbst entsteht und nicht durch Wärmeleitungen zum formumgebenden Material übertragen werden muss. Für das induktive Erwärmen des formumgebenden Materials ist insbesondere ein weiterer Spalt und/oder ein Abstand zwischen der Induktionsspule und/oder dem formumgebenden Material innerhalb des Werkzeugteils einzuhalten.
[41] Eine „konduktive Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Temperiereinrichtung, bei der ein Erwärmen des formumgebenden Material und/der des Werkzeugteils aufgrund eines Wärmeflusses in dem formumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil infolge eines Temperaturunterschiedes erfolgt. Bei einer konduktiven Temperiereinrichtung kann der Wärmefluss beispielsweise aufgrund einer Wasserkühlung oder -heizung und/oder durch direkte Leitung von Gleich- oder Wechselstrom durch das formumgebende Material erfolgen. [42] Um die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil bestimmen zu können, weist oder weisen das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil mindestens einen Temperatursensor auf.
[43] Somit kann über die Temperatur eine unerwünschte thermische Belastung des Formteils frühzeitig erkannt werden .
[44] Ein „Temperatursensor" ist insbesondere eine technisches Bauteil, welches eine Temperatur seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ erfasst. Die erfasste Temperatur als qualitative oder quantitative Messgröße wird insbesondere durch den Temperatursensor in ein verarbeitbares elektrisches Messsignal umgeformt. Es ist insbesondere vorteilhat, wenn der Temperatursensor im Hinblick auf die Energieverwendung ein passiver Sensor ist, sodass dieser keine elektrische Hilfsenergie zur Erzeugung eines elektrischen Messsignals benötigt. Bei einem Temperatursensor kann es sich insbesondere um einen SAW- Sensor (Surface Acoustic Wave) mit einem weiten Temperaturbeständigkeitsbereich von -50°C bis über 400°C handeln .
[45] In einer weiteren Ausführungsform ist dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet, sodass die Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors einstellbar ist.
[46] Somit kann die Temperatur der Form und/oder des Formteils erfasst und während des Umform- und/oder Gießprozesses in Echtzeit angepasst werden. Vor allem kann die Temperatur und/oder die thermische Belastung entsprechend den Anforderungen des zu fertigenden Formteils und/oder den verschiedenen Phasen des Gieß- und/oder Umformvorganges gesteuert und/oder geregelt werden.
[47] Eine „Steuer- und/oder Regeleinrichtung" ist eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Größe und/oder eines Parameters. Beim Steuern durch die Steuereinrichtung beeinflussen insbesondere eine Größe oder mehrere Größen als Eingangsgrößen eine andere Größe als Ausgangsgröße. Die Steuereinrichtung beeinflusst insbesondere gezielt die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil. Beim „Regeln" durch die Regeleinrichtung wird insbesondere fortlaufend eine Regelgröße erfasst und mit einer anderen Größe (Führungsgröße) verglichen und zum Angleichen an die Führungsgröße beeinflusst. Durch die Regeleinrichtung wird beispielsweise die Temperatur der Form und/oder des Formteils auf eine vorgegebene Solltemperatur angepasst.
[48] Um eine optimale Temperaturverteilung über die Form und/oder entlang der Kontur des Formteils zu erzielen, weist das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil unterschiedliche Temperierzonen in
Abhängigkeit von einer lokalen thermischen Belastung des Formteils auf.
[49] Es ist besonders vorteilhaft, wenn in sich gegenüberliegenden Werkzeugteilen jeweils entsprechende Temperierzonen angeordnet werden. Dadurch können gezielt gegenüberliegende Kühl- und/oder Heizzonen in sich gegenüberliegenden Werkzeugteilen mit gleicher
Temperaturzone und somit sehr geringer Temperaturdifferenz, insbesondere zwischen ± 5°C, bevorzugt zwischen ± 3°C realisiert werden. Folglich wird oder werden die Form und/oder das Formteil beidseitig über die Werkzeugteile auf eine identische oder sehr ähnliche Temperatur gebracht. Somit wird eine lokale thermische Belastung komplett umlaufend um die Form und/oder das Formteil kompensiert.
[50] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Formteils mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug.
[51] Dadurch werden lokal unterschiedliche
Schmelzetemperaturen beim Gießen durch die thermische Kompensation in der Form und/oder dem Formteil mittels der Temperiereinrichtung ausgeglichen und ein optimales Gießen gewährleistet
[52] Zudem kann durch die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen der Schmelzetluss in der Form gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise kann durch eine lokale Erwärmung mittels einer Temperiereinrichtung der Schmelzetluss innerhalb der Form verbessert oder durch ein Abkühlen der Schmelzetluss verringert und/oder verlangsamt werden .
[53] Eine „Gießvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung zum Gießen eines Formteils. Eine Gießvorrichtung weist insbesondere einen Schmelzebehälter, eine Schmelzezufuhr, eine Gießform und/oder ein formbildendes Werkzeug auf.
[54] In einer weiteren Ausführungsform der Gießvorrichtung sind das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels einer Werkzeugaufnahme horizontal und/oder vertikal ausgerichtet .
[55] Bei der nach dem Stand der Technik üblichen vertikalen Ausrichtung der Werkzeugteile beim Gießen wird das Füllen der vertikalen Gießform durch die Gravitation gefördert.
[56] Es ist besonders vorteilhaft, dass bei einer horizontalen Ausrichtung der Werkzeugteile und somit der Gießform zusätzlich der Schmelzetluss und/oder die Schmelzeverteilung innerhalb der Form durch die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen optimiert werden kann.
[57] Eine „Werkzeugaufnahme" ist ein Bauteil, welches das Werkzeug und/oder die Werkzeugteile während der Bearbeitung aufnimmt und/oder hält. Die Werkzeugaufnahme erlaubt insbesondere einen schnellen Wechsel des Werkzeugs und stellt eine Schnittstelle zwischen Werkzeug und Antrieb dar .
[58] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, wobei die Presse einen Antrieb zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeuges aufweist, mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug und/oder einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung.
[59] Folglich kann ein optimales Warmumformen eines Werkstückes zu einem Formteil und/oder Gießen eines Formteiles in der Presse erfolgen. Zudem kann die thermische Beanspruchung eines Formteiles, welches zunächst gegossen und anschließend durch Pressen nachverdichtet wird, optimal über alle Fertigungsphasen angepasst werden.
[60] Vor allem wird eine Presse bereitgestellt, welche aufgrund der optimalen Temperaturen während der Fertigung ein qualitativ sehr hochwertiges und/oder homogenes gefertigtes Formteil ermöglicht.
[61] Insbesondere werden dadurch Defekte im Gefüge des Formteils vermieden.
[62] Eine „Presse" ist insbesondere eine Umformmaschine mit geradliniger Relativbewegung des Werkzeuges. In einer Presse werden insbesondere Fertigungsverfahren wie Urformen, Gießen, Umformen, Tiefziehen, Fügen, Beschichten, Trennen, Schneiden und/oder Änderungen von
Stoffeigenschaften durchgeführt. Eine Presse ist insbesondere eine weggebundene, energiegebundene oder kraftgebundene Presse.
[63] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen mittels eines zuvor beschriebenen Werkzeuges und/oder einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung und/oder einer zuvor beschriebenen Presse, mit folgenden Schritten:
- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,
- Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,
- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, sodass die thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder des Umformens kompensiert wird.
[64] Somit wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die thermische Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen gering gehalten oder vollständig kompensiert wird. Dadurch erlaubt das Verfahren die Fertigung eines qualitativ sehr hochwertigen Formteils ohne Defekte aufgrund von thermischen Beanspruchungen.
[65] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils mittels eines zuvor beschriebenen Werkzeuges und/oder einer zuvor beschriebenen
Gießvorrichtung und/oder einer zuvor beschriebenen Presse, mit folgenden Schritten: Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,
Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,
Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung oder der
Temperiereinrichtungen und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, und insbesondere Kompensieren der thermischen Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens, sodass ein homogen gefertigtes Formteil vorliegt.
[66] Somit wird ein Verfahren zum Gießen und/oder umformen bereitgestellt, bei dem durch thermischen Ausgleich der Belastung des Formteils und/oder des Schmelzeflusses ein optimales Gießen und/oder Umformen ermöglicht wird. Folglich wird ein sehr homogenes Formteil gefertigt.
[67] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Formteil, wobei das Formteil nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist.
[68] Folglich wird ein gefertigtes Formteil mit sehr homogenem Gefüge in der erforderlichen Gefügestruktur ohne Gaseinschlüsse oder anderen Defekten bereitgestellt. [69] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarsteilung einer Presse mit Druckgießvorrichtung und
Werkzeug mit Induktionsspulen und
Wasserkühlung, und
Figur 2 eine schematische Darstellung von fünf
Temperierzonen verteilt über eine
Werkzeugkontur und eine Formteilkontur.
[70] Eine Presse 101 weist eine Druckgießvorrichtung 103 und ein Werkzeug 105 auf. Das Werkzeug 105 besteht aus einer oberen Werkzeughälfte 107 und einer unteren Werkzeughälfte 109, welche horizontal ausgerichtet sind. Des Weiteren weist die Presse 101 einen Antrieb 115, einen Stößel 117 und einen Werkzeughalter 111 auf. Am Werkzeughalter 111 ist die obere Werkzeughälfte 107 befestigt. Die untere Werkzeughälfte 109 ist an einem Pressentisch 119 angeordnet.
[71] Bei geschlossenem Werkzeug 105 bilden die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 die Formkavität 113 aus.
[72] In der Mitte der Formkavität 113 weisen die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 umgebend der Formkavität 113 jeweils eine Wasserkühlung 127 und einen Temperatursensor 133 auf. Umgebend zu dem beidseitig äußeren Rändern der Formkavität 113 weisen die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 jeweils eine Induktionsspule 125 auf. Die untere Werkzeughälfte 107 weist zusätzlich beidseitig einen Temperatursensor 133 auf.
[73] Folgende Arbeitsvorgänge werden mit der Presse 101, der Druckgießvorrichtung 103 und dem Werkzeug 105 realisiert :
[74] In die untere Formkavität 113 der unteren Werkzeughälfte wird mittels eines nicht gezeigten Gießroboters heiße Schmelze eines Leichtmetalls eingefüllt. Das Werkzeug 105 wird geschlossen und die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 bilden die Formkavität 13 aus. Mittels der Wasserkühlung 127 wird jeweils ein formumgebendes Material in der Mitte der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 auf eine vorgegeben Temperatur durch eine nicht gezeigte Regeleinrichtung abgekühlt. Dadurch erfolgt ein Wärmefluss von der heißen Schmelze innerhalb der Formkavität 113 zum kühleren formumgebenden Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109. Mittels der Temperatursensoren 133 wird beidseitig jeweils eine Temperatur in der Form 113 bestimmt und über die nicht gezeigte Regeleinrichtung ein Regelsignal an die Wasserkühlung 127 gesendet, um das formumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 weiter abzukühlen, bis eine Solltemperatur erreicht ist.
[75] Zeitgleich wird an den beiden äußeren Rändern der Formkavität 113 die Formkavität 113 und die sich darin befindende Schmelze mittels der jeweils gegenüberliegend angeordneten Induktionsspulen 125 der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 erwärmt, damit die Schmelze mit einer optimalen Fließgeschwindigkeit auch in diese Randbereiche mit geringer Materialstärke des zu fertigenden Formteils gelangt und dadurch ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze dort verhindert wird. Die Temperatur der Schmelze in diesen Randbereichen wird mittels der beidseitig angeordneten Temperatursensoren 133 in der oberen Werkzeughälfte 107 bestimmt und mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung eingestellt. Somit liegen gegenüberangeordnete Temperaturzoen in den beidseitigen äußeren Randbereichen der Formkavität 113 mit einer Temperaturdifferenz von ± 1°C zwischen dem formumgebenden Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 vor.
[76] Während die Schmelze in der Formkavität 113 erstarrt, wird mittels des Antriebs 115 und des Stößels 117 eine Presskraft auf die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 zum Nachverdichten des gegossenen Formteils aufgebracht. Aufgrund der Presskraft und somit dem Einwirken der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 steigt die Temperatur vor allem in dem mittleren Bereich der Formkavität 113, sodass die mittig angeordneten Temperatursensoren 133 der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 einen Anstieg der Temperatur über die Solltemperatur feststellen.
[77] Folglich wird das formumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 und somit das gefertigte Formteil aufgrund des Regeins mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung und einem stärkeren Kühlen durch die Wasserkühlung 127 auf die Solltemperatur abgekühlt und anschließend konstant gehalten, sodass die thermische Belastung durch das Aufbringen der Presskraft kompensiert wird.
[78] Nach Abschluss des Nachverdichtens wird das Werkzeug 105 geöffnet und die obere Werkzeughälfte 107 über den Stößel 117 und den Antrieb 115 nach oben bewegt. Anschließend wird das gefertigte Formteil mittels eines nicht gezeigten Auswerfers im Pressentisch 119 ausgeworfen.
[79] Somit wird eine Presse mit Kompensation der thermischen Belastung des Formteils bereitgestellt, welcher ein thermisch angepasstes Gießen und Nachverdichten und damit ein qualitativ sehr hochwertig gefertigtes Formteil ermöglicht .
[80] In einer Alternative weist eine Presse ein Werkzeug zum Warmumformen mit einer Werkzeugkontur 201 auf. Über die Werkzeugkontur 201 und eine Formteilkontur 203 in Form eines Stahlträgers sind fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 angeordnet. Die Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 sind jeweils gegenüberliegend im Unterwerkzeug und Oberwerkzeug ausgeführt. Die Formteilkontur 203 weist in den fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 jeweils eine unterschiedliche Wandstärke auf. Über nicht gezeigte Temperatursensoren wird jeweils eine Temperatur in der jeweiligen Temperierzone 205, 207, 209, 211 und 213 des Unter- und Oberwerkzeuges gemessen und mittels einer nicht gezeigten Regeleinrichtung werden unterschiedliche Solltemperaturen aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken in den fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 eingestellt. Gleichzeitig wird ein Temperaturunterschied von jeweils ± 2°C zwischen der jeweiligen Temperierzone 205, 207, 209, 211 und 213 des Unterwerkzeuges und des Oberwerkzeuges gehalten. Durch die unterschiedlichen Solltemperaturen wird über die gesamte Formteilkontur 203 eine gleichförmige Abkühlrate und damit Gefügeumwandlung erzielt .
[81] Somit sind die Temperierzonen 205, 207, 209 211 und 213 optimal sowohl an die Werkzeugkontur 201 als auch an die Formteilkontur 203 angepasst, sodass die unterschiedlichen lokalen thermischen Belastungen des Formteils während des Warmumformens optimal kompensiert werden .
Bezugszeichenliste
101 Presse
103 Druckgießvorrichtung
105 Werkzeug
107 obere Werkzeughälfte
109 untere Werkzeughälfte
111 Werkzeughalter
113 Formkavität
115 Antrieb
117 Stößel
119 Pressentisch
125 Induktionsspule
127 Wasserkühlung
133 Temperatursensor 201 Werkzeugkontur
203 Formteilkontur
205 erste Temperierzone
207 zweite Temperierzone
209 dritte Temperierzone 211 vierte Temperierzone
213 fünfte Temperierzone

Claims

Patentansprüche :
Werkzeug (105) zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil (107) und ein zweites Werkzeugteil (109) aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form (113) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperiereinrichtung (125, 127) in einer Temperierentfernung zur Form angeordnet ist, welche durch ein Temperieren eines formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil erhöht, erniedrigt oder konstant hält, sodass eine thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte Temperiereinrichtung, eine vierte
Temperiereinrichtung und/oder eine weitere
Temperiereinrichtung aufweist.
3. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung oder die
Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung (125 ) und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung (127) ist oder sind.
4. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil mindestens einen Temperatursensor (133) aufweist oder aufweisen.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet ist, sodass die Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors einstellbar ist.
Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil unterschiedliche Temperierzonen (205, 207, 209, 211, 213) in Abhängigkeit von einer lokalen thermischen Belastung des Formteils aufweist.
Gießvorrichtung (103) zum Gießen eines Formteils, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Gießvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels einer Werkzeugaufnahme (111) horizontal oder vertikal ausgerichtet sind.
Presse (101) zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, wobei die Presse einen Antrieb (115) zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine
Werkzeugaufnahme (111) zum Aufnehmen eines Werkzeuges aufweist, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8.
Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen mittels eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und/oder einer Presse nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil , - Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,
- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, sodass die thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.
Verfahren zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils mittels eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und/oder einer Presse nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,
- Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,
- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung oder der Temperiereinrichtungen und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, und
- insbesondere Kompensieren der thermischen Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens, sodass ein homogen gefertigtes Formteil vorliegt.
2. Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahren nach Anspruch 11 gefertigt ist.
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