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Die
Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs
ist die Schale aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem
Eisengusswerkstoff.
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Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist, dass so die Schale in besonders hochwertigen
Werkstoffen auszugestalten ist, wodurch die Verschleißbeständigkeit
der Schale vorteilhaft erhöht
ist.
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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.
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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.
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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.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs,
weist die Schale Elemente zur Führung
der Werkzeugaktivteile relativ zueinander auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beim
Vergießen
des Materials wird das eingeformte Styropormodell ausgeschmolzen
und der Gusswerkstoff nimmt die Geometrie der Gussschale an.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
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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.
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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.