DE102006035937A1 - Umformwerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, wobei zumindest ein Werkzeugaktivteil eine Schale, welche mit einem Teil ihrer Außenfläche bei einer Umformung die Kontaktfläche zu einem umzuformenden Objekt darstellt und eine Abstützung der Schale aus einem Gusswerkstoff aufweist, dass die Schale teilweise in den Gusswerkstoff eingegossen ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeugs beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
  • Der grundlegende Verfahrensablauf bei der Umformung von Werkstücken besteht darin, dass das Werkstück in ein formgebendes Umformwerkzeug eingelegt wird, das aus Unter- und Oberwerkzeug besteht, dass eine äußere Kraft auf das Umformwerkzeug und/oder das Werkstück einwirkt, die das Fließen des Werkstückmaterials und seine plastische Verformung in eine durch die Werkzeugform vorgegebene Gestalt bewirkt wird. Insbesondere bei der Umformung von Blechmaterialien bestehen, je nach ein- oder zweifach wirkender Pressenbauart, das Unter- oder das Oberwerkzeug aus den Werkzeugaktivteilen Stempel und Niederhalter und das korrespondierende Ober- oder Unterwerkzeug aus dem Werkzeugaktivteil Matrize.
  • Insbesondere werden bei der Umformung von Bauteilen im Bereich von Kraftfahrzeugstrukturen Umformwerkzeuge verwendet, die aus einem Eisengussmaterial bestehen und folglich sehr aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung sind, aber eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Festigkeit und gute Reparatur- und Instandhaltungsmöglichkeiten bieten. Gleichzeitig weisen derartige Umformwerkzeuge durch ihr extrem hohes Gewicht – üblicherweise mehrere 1000 kg – eine schlechte Handhabung auf, beispielsweise bei der Lagerung und dem Transport.
  • Aus der EP 0 317 412 B1 ist ein zusammengesetztes Ziehwerkzeug für eine Ziehpresse bekannt, bei dem die Werkzeugteile des Ziehwerkzeugs aus jeweils einem metallischen Arbeitsteil und einem Betonteil gebildet sind, wobei die Arbeitsteile durch Deckbleche vom Beton abgeschirmt sind und die Befestigung über Schrauben erfolgt. Nachteilig dabei ist vor allem der relativ komplexe Aufbau des Umformwerkzeuges, welcher eine aufwendige Herstellung eines solchen Werkzeuges erfordert.
  • Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Umformwerkzeug anzugeben, welches die zuvor genannten Nachteile von bekannten Umformwerkzeugen beseitigt, insbesondere in Bezug auf das hohe Gewicht, die kostenintensive Herstellung und den komplexen Aufbau des Umformwerkzeuges, und gleichzeitig die Verschleißbeständigkeit und die Möglichkeiten zur Reparatur und Instandhaltung beibehält. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Umformwerkzeugs anzugeben.
  • Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Umformwerkzeug durch die Merkmale der Patentanspruchs 1 wiedergegeben und in Bezug auf das anzugebende Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs durch die Merkmale der Patentanspruchs 8. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich des zu schaffenden Umformwerkzeugs erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, für zumindest ein Werkzeugaktivteil eine Schale, welche mit einem Teil ihrer Außenfläche bei einer Umformung die Kontaktfläche zu einem umzuformenden Objekt darstellt, und eine Abstützung der Schale aus einem Gusswerkstoff aufweist, wobei die Schale teilweise in den Gusswerkstoff eingegossen ist.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass so ein Umformwerkzeug geschaffen ist, welches sich durch seinen einfachen Aufbau auszeichnet. Vorteilhaft an dem einfachen Aufbau ist, dass das Umformwerkzeug eine Trennung von funktionsbedingter Schale und steifigkeitsbestimmter Abstützung der Schale aufweist, was ein erheblich kostengünstigeres Umformwerkzeug bei nahezu unveränderten Verschleiß- und Festigkeitseigenschaften bedeutet. Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Umformwerkzeug noch weitere Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Erhöhung der Verschleißbeständigkeit der Schale. Gleichzeitig ist durch das Eingießen eine dauerhafte vorzugsweise unlösbare Verbindung zwischen der Schale und der Abstützung geschaffen.
  • Die Trennung von funktionsbedingter Schale und steifigkeitsbestimmter Abstützung der Schale hat den großen Vorteil, dass so die Materialien des Umformwerkzeugs auf ihre Funktion im Umformwerkzeug hin ausgewählt und angepasst sind. D. h. dass die Schale ein Material aufweist, welches besonders gute tribologische Eigenschaften und gute Verschleißeigenschaften aufweist, da die Oberfläche der Schale die formgebende Oberfläche eines Werkzeugaktivteils repräsentiert. Hierzu werden im Allgemeinen hochwertige metallische Materialien, wie beispielsweise Werkzeugstahl, verwendet aber auch nichtmetallische Materialien, wie beispielsweise keramische Werkstoffe oder Kohlefaser-Werkstoffe. Die Abstützung der Schale hat bei dem Umformwerkzeug die Funktion, die Steifigkeit und Festig keit des Umformwerkzeugs bzw. des Werkzeugaktivteils zu gewährleisten. D. h. dass die Abstützung hauptsächlich die Prozesskräfte bei der Umformung aufzunehmen hat und somit die Stabilität des Umformwerkzeugs zu gewährleisten hat. Da dazu das Gussmaterial der Abstützung im Wesentlichen gute Druckfestigkeiten und Dämpfungseigenschaften aufweisen muss, ist die Abstützung vorzugsweise mit kostengünstigen und einfach zu verarbeitenden Gussmaterialien, die ausreichende Druckfestigkeiten und Dämpfungseigenschaften aufweisen, auszugestalten. Ein Beispiel für derartige Werkstoffe sind technische Betonwerkstoffe wie Polymerbeton. Aber auch weitere Gusswerkstoffe wie beispielsweise Kunststoffe mit Metallpartikeln sind anwendbar. Weiterhin sind zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften der Abstützung auch Armierungen und/oder festigkeitssteigernde Fasern im Gusswerkstoff denkbar.
  • Verglichen mit konventionellen Umformwerkzeugen hat somit das erfindungsgemäße Umformwerkzeug weiterhin den Vorteil, dass es durch geeignete Werkstoffauswahl und Kombination von Schale und Abstützung wesentlich leichter auszugestalten ist und somit auch eine bessere Handhabung aufweist.
  • Zur weiteren Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und der Verschleißeigenschaften ist die Schale mit einer Beschichtung zu versehen, beispielsweise mit einer TiC/TiN-Schicht oder aber einer Kohlenstoffschicht. Diese Schichtsysteme haben den Vorteil, dass sie nur wenige μm dick sind und die tribologischen Eigenschaften und Verschleißbeständigkeit der beschichteten Oberfläche wesentlich verbessern. Alternativ ist aber auch eine Wärmebehandlung, wie beispielsweise Einsatzhärten, der Schale möglich. Dies verbessert ebenso die tribologischen Eigenschaften und Verschleißeigenschaften der Schale.
  • Vorteilhafterweise ist die Schale in einer Dicke von 30 mm bis 100 mm auszugestalten, vorzugsweise 50 mm bis 60 mm, um zu gewährleisten, dass ein Oberflächenbearbeitung der Schale zerspanend möglich ist, z. B. mittels Fräsen, aber auch, damit eine derartig dicke Schale gleiche Eigenschaften in Bezug auf die Instandhaltungs- und Reparaturmöglichkeiten des Umformwerkzeugs aufweist wie konventionelle Umformwerkzeuge. Gleichzeitig weist eine derartige Schale auch eine erforderliche, ausreichende Stabilität auf, die eine Herstellung eines solchen Umformwerkzeuges vorteilhaft vereinfacht, da sie eine wesentlich bessere Handhabung ermöglicht als konventionelle Beschichtungen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ist, dass durch geeignete Kombination von der Schale und ihrer Abstützung ein erheblich leichteres Umformwerkzeug vorliegt, welches die Handhabung des Umformwerkzeugs erheblich verbessert und vereinfacht.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Schale Verankerungen aufweist, die in den Gusswerkstoff der Abstützung eingegossen werden. Die Ausgestaltung der Verankerungen ist dabei auf im Werkzeugbau von Umformwerkzeugen bekannte Weise machbar, vorzugsweise sind sie aber als zapfenförmige Verankerungen mit einer Hinterschneidung an der Schale auszugestalten. Der Vorteil ist, dass so die Verbindung zwischen der Schale und dem abstützenden Gussmaterial weiter gefestigt ist. Das bedeutet, dass ein derartiges Werkzeug die Prozesskräfte-Druck- und Schubkräfte in der Verbindungsebene zwischen der Schale und dem abstützenden Gussmaterial – besser ertragen kann und somit die Vorteile des Werkzeugs, insbesondere in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit des Umformwerkzeugs und die Verschleißfestigkeit, noch weiter steigert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ist die Schale aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Eisengusswerkstoff.
  • Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass so die Schale in besonders hochwertigen Werkstoffen auszugestalten ist, wodurch die Verschleißbeständigkeit der Schale vorteilhaft erhöht ist.
  • Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Schale aus einem Eisenguss- oder Stahlgusswerkstoff, da so die Bandbreite der herstellbaren Schalengeometrien vorteilhaft erhöht wird im Vergleich zur spanenden Bearbeitung. Gleichzeitig können so die Kenntnisse aus dem konventionellen Werkzeugbau auch auf das erfindungsgemäße Umformwerkzeug übertragen werden und insbesondere sind keine Nachteile in Bezug auf Reparatur und Instandhaltungsmöglichkeiten der Schale und somit der formgebenden Oberfläche des Umformwerkzeugs zu sehen, da etablierte, konventionelle Instandhaltungsarbeiten in gleicher Art und Weise auch am erfindungsgemäßen Umformwerkzeug erfolgen können.
  • Ein weiterer Vorteil des Umformwerkzeugs ist, dass für die Schale auch aufgrund der geringeren Masse verglichen mit konventionellen Umformwerkzeugen derart hochwertige und kostenaufwendigere Materialen, insbesondere hochlegierte Werkzeugstähle wie beispielsweise der Werkstoff 1.2382 (Werkstoffnummer nach DIN), einsetzbar sind, die im konventionellen Werkzeugbau allein aus wirtschaftlicher Sicht und wegen der technologischen Probleme, insbesondere des zu erwartenden Verzuges beim Abkühlen von Gusswerkstücken aus solchen hochwertigen Werkstoffen, nicht vertretbar wären. Auf Grund der geringeren Masse der Schale sind die technologischen Probleme aber beherrschbar und stellen kein Problem mehr dar und die höhe ren Materialkosten sind ebenfalls vertretbar, da die Masse vorteilhaft reduziert ist. Derartige Materialien verbessern weiter die tribologischen Eigenschaften und Verschleißeigenschaften der Schale.
  • Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung der Schale aus einem Eisengusswerkstoff, wenn die Verankerungen der Schale direkt beim Gießen der Schale mit dieser gegossen werden und somit die Schale mit den Verankerungen als einteilig und einstückig ausgelegt ist. Der Vorteil dabei ist, dass die Herstellkosten für das Umformwerkzeug gesenkt werden, dadurch dass keine separaten Arbeitsumfänge zum Anbringen der Verankerungen an der Schale erforderlich sind, und dass die Druck- und Schubkräfte des Prozesses noch besser aufgenommen werden und somit die Dauerhaltbarkeit und Verschleißfestigkeit des Umformwerkzeugs noch weiter gesteigert wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs, weist die Schale Elemente zur Führung der Werkzeugaktivteile relativ zueinander auf.
  • Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass so relativ einfach die Werkzeugführungen oder Elemente zur Führung des Werkzeuges, beispielsweise Befestigungsbänke, wie sie auch im konventionellen Werkzeugbau eingesetzt werden, am Umformwerkzeug ausgestaltet sind. Beispielsweise sind sie in Form von Säulenführungen oder Trapezführungen auszulegen, vorzugsweise aber als einfache Flachführungen. Der Vorteil ist, dass auf diese Art und Weise die Komplexität des Umformwerkzeugs wesentlich reduziert ist, da für die Werkzeugführung keine separaten Einheiten mehr erforderlich sind, sondern diese vorteilhaft in der Ausgestaltung des Umformwerkzeugs integriert ist. Dieses reduziert weiterhin erheblich die Kosten des Um formwerkzeugs und steigert so erheblich die Wirtschaftlichkeit und die Prozesssicherheit des Umformwerkzeuges.
  • Alternativ oder additiv weist das Umformwerkzeug in einer weiteren Ausgestaltung Elemente zur Verbindung mindestens eines Werkzeugaktivteils mit einer Umformpresse auf. Beispielsweise sind diese Elemente als Durchgangsbohrungen zur Fixierung der Werkzeugaktivteile des Umformwerkzeugs an der Presse mittels Schraubverbindungen auszugestalten. Vorzugsweise und zur Erhöhung der Einsatzmöglichkeit des Umformwerkzeuges auf verschiedenen Pressensystemen sind sie als eine Art treppenstufenförmige Spannflächen auszulegen, so dass sie mit herkömmlichen Spannmitteln auf verschiedensten Umformpressen montiert werden können. Insbesondere in Kombination mit der Ausgestaltungen von Werkzeugführungen an der Schale entsteht so ein relativ einfaches und kostengünstiges Werkzeug, da die Komplexität vorteilhaft reduziert und die Herstellung vereinfacht wird. Gleichzeitig entsteht ein prozesssicheres Umformwerkzeug mit universellen Einsatzmöglichen auf verschiedenen Pressensystemen und gesteigerter Wirtschaftlichkeit.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Verfahrens zur Herstellung eines Umformwerkzeugs wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Herstellung von einem Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, wobei zumindest ein Werkzeugaktivteil mit einer Schale, welche mit einem Teil ihrer Außenfläche die Kontaktfläche zu einem umzuformenden Objekt darstellen wird, und einer Abstützung der Schale aus einem Gusswerkstoff ausgestaltet wird, in einem ersten Herstellungsschritt die Schale hergestellt wird und in einem nachfolgenden Herstellungsschritt die Schale teilweise in einem Gusswerkstoff eingegossen wird, so dass eine unlösbare Verbindung zwischen Gusswerkstoff und Schale gebildet wird.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass so die Herstellung von einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Umformwerkzeug ermöglicht wird, wobei die Herstellungszeit erheblich reduziert ist und somit auch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung und des Umformwerkzeugs wesentlich gesteigert ist.
  • In dem ersten Herstellungsschritt können alternativ die Schale für die Werkzeugaktivteile separat oder in Kombination hergestellt werden. Dies erhöht vorteilhaft die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens, dadurch dass die Herstellungsschritte auf ein Minimum verkürzt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, durch die Herstellung der Schale in einem ersten Herstellungsschritt durch ein Eisengussverfahren. Der Vorteil liegt zum einem darin, dass so ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug herstellbar ist, welches hinsichtlich seiner Instandhaltungs- und Reparatureigenschaften mit einem konventionellen Vollgusswerkzeug vergleichbar ist. Gleichzeitig ist zum anderen die Herstellungszeit erheblich verkürzt da beispielweise ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug mit einer massiven Eisengussschale und einer Abstützung aus Polymerbeton in nur ca. einem Viertel der Herstellungszeit eines vergleichbaren konventionellen Vollgusswerkzeugs hergestellt wird. Weiterhin ist vorteilhaft, dass etablierte Prozesse der Gussteilfertigung bei der Herstellung eines Umformwerkzeugs beibehalten werden und die Schale als Gussteil in technologischer Hinsicht in ihrer Dicke optimiert wird und somit das ganze Herstellungsverfahren wirtschaftlich verbessert wird.
  • Ein weiterer großer Vorteil ist, dass durch die geringere Masse der Schale als Gussteil im Vergleich zu Vollgusswerk zeugen ein weitaus besseres Gussgefüge herstellbar ist, da der Abkühlprozess des Gussteils gezielter gesteuert wird. Dieses erhöht weiterhin die Verschleißbeständigkeit der Schale und verbessert auch ihre tribologischen Eigenschaften.
  • Im Vergleich zu konventionellen Umformwerkzeugen aus Vollguss ist die geringere Masse einer Schale in Gussausführung auch deshalb vorteilhaft, da typische Verfahrensschritte durch Wärmebehandlung, wie beispielsweise Einsatzhärten, wesentlich schneller und erheblich kostengünstigen durchgeführt werden. Typischerweise richten sich für solche Verfahrenschritte der Zeit- und Kostenaufwand immer nach der Masse des Gussteils. Da im erfindungsgemäßen Verfahren aber gerade die Masse der Schale im Vergleich zum konventionellen Umformwerkzeug in Vollguss erheblich reduziert ist, ist folglich auch der Zeit- und Kostenaufwand für das erfindungsgemäße Verfahren erheblich reduziert.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
    Ein dreiteiliges Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Matrize Stempel und Niederhalter, zur Herstellung von Blechumformteilen für Kraftfahrzeuge wird mit einer massiven Gussschale und einer Abstützung der Schale durch Polymerbeton mit Faserbeimischung zur Erhöhung der Druckfestigkeit des Polymerbetons hergestellt.
  • Dabei werden die massiven Gussschale eine Dicke von mindestens 50 mm aufweisen. In Abhängigkeit der Geometrie der Schale für die einzelnen Werkzeugaktivteile ist eine variable Gussschalendicke bis maximal 100 mm vorgesehen, um die Gusschalen belastungsangepasst und damit steifigkeitsoptimiert und verschleißbeständiger auszugestalten. Die Planung und Konstruk tion der massiven Gussschalen erfolgt dabei analog des konventionellen Planungsprozesses von Gusswerkzeugen. Die Gussschale für das Werkzeugaktivteil Matrize weist darüber hinaus noch weitere Versteifungsrippen auf der Seite, die bei der weiteren Werkzeugherstellung in Polymerbeton eingegossen wird, auf. Alle Gussschalen besitzen ebenfalls auf der Seite, die bei der weiteren Werkzeugherstellung in Polymerbeton eingegossen wird, mehrere zapfenförmige Formelemente, die eine stabilere Verbindung von Gusschale und Polymerbeton garantieren.
  • In einem ersten Herstellungsschritt werden dann zwei Modelle von Gusschalen aus Styropor gefräst, die exakt der Geometrie der Schalen am Späteren Umformwerkzeug zuzüglich eines Aufmaßes für die Schwindung der Gussschalen entspricht. Dabei entspricht eine Gussschale für das Werkzeugaktivteil Matrize vorgesehen, während die zweite Gussschale die Schalen für die Werkzeugaktivteile Stempel und Matrize beinhaltet. Dieses Vorgehen reduziert die Fertigungskosten nochmals, da so die Werkzeugaktivteile Stempel und Niederhalter passgenau und aufeinander abgestimmt hergestellt werden. Am Ende des Herstellungsprozesses werden die Werkzeugaktivteile Stempel und Niederhalter voneinander getrennt.
  • Die zwei Styropormodelle werden jeweils, wie in der Gusstechnik hinreichend bekannt ist, auf konventionelle Art und Weise in Sand eingeformt und anschließend abgegossen. Im vorliegenden Fall werden die Gussschalen aus Sphäroguss GGG70 abgegossen. Dieser Werkstoff weist ausreichende tribologische Eigenschaften und Verschleißeigenschaften auf und ist zu dem im Bau und der Instandhaltung von Umformwerkzeugen etabliert, so dass der Herstellprozess und die Reparatur und Instandhaltung auf konventionelle und etablierte Prozesse zurückgreift.
  • Beim Vergießen des Materials wird das eingeformte Styropormodell ausgeschmolzen und der Gusswerkstoff nimmt die Geometrie der Gussschale an.
  • Auf Grund der wesentlich geringeren Masse der Gussschale im Vergleich zu einem konventionellen Gusswerkzeug muss eine Gussschale nur wenige Tage, in der Regel 1–2 Tage, ruhen und abkühlen und nicht mehrere Wochen wie bei konventionellen Gusswerkzeugen. Dies ist ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil.
  • Nachdem die Gussschalen komplett abgekühlt sind, werden beide Gussschalen durch Einsatzhärten wärmebehandelt. Dies verbessert die tribologischen Eigenschaften und die Verschleißbeständigkeit der Gussschalen nochmals. Auch hier entsteht vergleichen mit konventionellen Gusswerkzeugen ein erheblicher Vorteil, da die geringere Masse der Gussschalen zu einen reduzierten Zeit- und Kostenaufwand für die Wärmebehandlung führt und das Ergebnis des Härteprozesses wesentlich besser ist, da eine Gussschale in der Dicke von 50 mm bis 100 mm eine wesentlich homogenere Wärmebehandlung erfährt als ein konventionelles Gusswerkzeug.
  • Nach der Wärmebehandlung wird die Abstützung der Gussschalen durch Polymerbeton hergestellt. Dazu werden die Gusschalen in Formkästen eingeformt, die die Abmaße des endgültigen Umformwerkzeugs aufweisen. Da Polymerbeton ein vernachlässigbares Schwindmaß aufweist, wird diese bei der Herstellung auch nicht berücksichtigt. Die Gussschalen werden so in jeweils einen Formkasten eingeformt, dass die spätere formgebende Fläche der Gussschale nicht eingegossen wird. Vorteilhafterweise wird diese Fläche über ein weiteres Modell mit komplementärer Form abgestützt. Die Formkästen weisen darüber hinaus noch Geometrieelemente auf, die in die Abstützung aus Po lymerbeton eingeformt werden und die eine einfachere Aufspannung der Werkzeugaktivteile an konventionellen Umformpressen ermöglichen. Die Aufspannung gefolgt dann später mittels bekannter Aufspanntechnik wie beispielsweise Spannpratzen. Additiv werden in diesem Herstellungsschritt weitere Funktionselemente wie beispielsweise Armierungen, Anker und/oder Kanäle eingegossen, die die Stabilität des Umformwerkzeugs weiter erhöhen und die Handhabung bzw. die Einsatzmöglichkeiten des Umformwerkzeugs weiter verbessern.
  • Anschließend wird die Abstützung der Gusschalen in die Formkästen eingefüllt. Durch das Aushärten des Polymerbetons entsteht eine dauerhafte Verbindung, die durch die Zapfen der Gusschalen nochmals verbessert wird. Durch die guten Verarbeitungseigenschaften des Polymerbetons und durch die zu vernachlässigende Schwindung beim Aushärten wird es möglich eine exakte Grundfläche der Werkzeugaktivteile, d.h. eine Bezugsfläche, an der die Verbindung zur Presse erfolgen wird, herzustellen. Die Grundfläche bedarf dann keiner weiteren zerspanenden Bearbeitung mehr, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Umformwerkzeugs weiter gesteigert wird. Alternativ kann allerdings eine Grundbearbeitung erfolgen, um die Genauigkeit der Bezugsfläche nach zu verbessern.
  • Die geringe Aushärtedauer des Polymerbetons steigert ebenfalls die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und ermöglicht, eine sehr kurze Herstellungszeit von derartigen Umformwerkzeugen, wobei die Eigenschaften mit konventionellen Umformwerkzeugen vergleichbar sind, da der Polymerbeton eine sehr gute Druckfestigkeit und gute Dämpfungseigenschaften aufweist, so dass die Prozesskräfte der Blechumformung sehr gut aufgenommen werden.
  • Nach dem Aushärten des Polymerbetons werden die Gussschalen mit den Abstützungen aus den Formkästen entformt und einer Endbearbeitung unterzogen, in der zum einen Stempel und Niederhalter voneinander getrennt werden. Dies erfolgt in der Regel mittels Sägen. Zum anderen werden alle Funktionsflächen des Umformwerkzeugs, d.h. die Flächen, die bei der Blechumformung mit einem Blechteil in Kontakt kommen und das Blechteil umformen werden, nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung erfolgt im Allgemeinen mittels Fräsen oder Schleifen und anschließendem Polieren der Oberfläche.
  • Durch die zuvor beschriebene Erfindung wird ein Umformwerkzeug erhalten, welches erhebliche Zeit- und Kostenvorteile gegenüber konventionellen Gusswerkzeugen aufweist, dadurch dass die Herstellzeit wesentlich verkürzt wird und kostenintensive Bearbeitungsschritte reduziert werden. Wie zuvor eingehend beschrieben weist das erfindungsgemäße Umformwerkzeug aber gleichzeitig tribologische Eigenschaften, eine Verschleißbeständigkeit und Instandhaltungs- und Reparatureigenschaften auf, die mit konventionellen Gusswerkzeugen für die Umformung vergleichbar sind.
  • Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
  • So kann beispielsweise eine Schale in dem erstem Herstellungsschritt mittels Zerspanen von Vollmaterial durch Fräsen hergestellt werden. Oder aber eine Schale kann in Abhängigkeit ihrer Ausgestaltung durch eine reibungs- und verschleißreduzierende Oberflächenschicht wie z. B. eine TiC/TiN-Schicht beschichtet sein.
  • In einer weiteren Ausführung können die Schalen der Werkzeugaktivteile auch als Gussschalen ausgelegt sein, die selbst einen Teil der Bezugsfläche des Werkzeugaktivteils bilden. Dies führt unter anderen dazu, dass derartige Gussschalen zum Gießen der Abstützung nicht in Formkästen eingeformt werden müssen, sondern das Gussmaterial der Abstützung direkt in die Gussschalen gegossen werden kann.

Claims (11)

  1. Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, wobei zumindest ein Werkzeugaktivteil eine Schale, welche mit einem Teil ihrer Außenfläche bei einer Umformung die Kontaktfläche zu einem umzuformenden Objekt darstellt, und eine Abstützung der Schale aus einem Gusswerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale teilweise in den Gusswerkstoff eingegossen ist.
  2. Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Eisengusswerkstoff, ist.
  3. Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale Verankerungen aufweist, welche in den Gusswerkstoff eingegossen sind.
  4. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff der Abstützung der Schale ein Betonwerkstoff, insbesondere Polymerbeton, ist.
  5. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale eine Dicke von 30 mm bis 100 mm, insbesondere von 50 mm bis 60 mm, aufweist.
  6. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale und die Verankerungen der Schale einteilig sind, insbesondere als ein Gussteil ausgestaltet sind.
  7. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale Elemente zur Führung der Werkzeugaktivteile relativ zueinander aufweist und/oder Elemente zur Verbindung eines Werkzeugaktivteils mit einer Umformpresse aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung von einem Umformwerkzeug, aufweisend die Werkzeugaktivteile Stempel, Niederhalter und Matrize, wobei zumindest ein Werkzeugaktivteil mit einer Schale, welche mit einem Teil ihrer Außenfläche die Kontaktfläche zu einem umzuformenden Objekt darstellen wird, und einer Abstützung der Schale aus einem Gusswerkstoff ausgestaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Herstellungsschritt die Schale hergestellt wird und in einem nachfolgenden Herstellungsschritt die Schale teilweise in einem Gusswerkstoff eingegossen wird, so dass eine unlösbare Verbindung zwischen Gusswerkstoff und Schale gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale in einer Dicke im Bereich von 30 mm bis 100 mm, insbesondere 50 mm bis 60 mm, ausgestaltet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale in dem ersten Herstellungsschritt durch ein Gussverfahren, insbesondere Eisengussverfahren hergestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungen direkt an die Schale angegossen werden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102014200875A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Werkzeug zum Warmumformen von Metallblechen

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