DE102006035937A1 - - Shaping tool with a punch as active tool part, a clamp, and a mold where the active tool part can be a shell (sic) useful in vehicle construction is cheaper and quicker to produce than previous tools - Google Patents

Abstract

Shaping tool with a punch as active tool part, a clamp, and a mold where the active tool part can be a shell (sic) which by shaping part of its outer surface the required shaped object is obtained. The shell support consists of a cast material in which the shell is partially integrated. This can be a polymer concrete.

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.The The invention relates to a forming tool according to the preamble of the claim 1 and a method for producing a forming tool according to the preamble of claim 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.Of the basic process sequence in the forming of workpieces exists in that the workpiece is inserted into a shaping forming tool, the lower and upper tool that exists an external force acting on the forming tool and / or the workpiece, the flow of the Workpiece material and its plastic deformation into a predetermined by the tool shape Shape is effected. In particular, in the transformation of sheet materials exist, depending on one or two-fold press design, the Lower or upper tool out of the tool parts Stamp and hold-down and the corresponding upper or lower tool from the tool active part die.

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.Especially be in the forming of components in the field of automotive structures Forming tools used, which consist of a cast iron material and consequently very expensive and expensive to manufacture are, but a high wear resistance, high strength and good repair and maintenance options Offer. At the same time have such forming tools by her extremely heavy weight - usually several 1000 kg - one poor handling, for example, during storage and the 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.From the EP 0 317 412 B1 is a composite drawing tool for a drawing press is known in which the tool parts of the drawing tool are each formed of a metallic working part and a concrete part, wherein the working parts are shielded by cover sheets from the concrete and the fastening is done by screws. The disadvantage here is especially the relatively complex structure of the forming tool, which requires a complicated production of such a tool.

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.outgoing From the prior art, it is an object of the invention, a forming tool specify which of the aforementioned disadvantages of known forming tools eliminated, especially in terms of heavy weight, the costly Production and the complex structure of the forming tool, and at the same time the wear resistance and the possibilities for repair and maintenance. Further, a method to specify for the production of such a forming tool.

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.The Invention is with respect to the forming tool to be created by reproduced the features of claim 1 and in relation to the Specified method for producing a forming tool by the features of claim 8. The further claims contain advantageous embodiments and further developments of the forming tool according to the invention.

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.The Task is in terms of the invention to be created forming tool thereby solved, that the forming tool, comprising the tool active parts stamp, Downholder and die, for at least one tool active part a shell, which with a part their outer surface at one Forming the contact surface represents an object to be reshaped, and a support of the shell made of a cast material, wherein the shell partially in the casting material is poured.

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.Of the Advantage of the solution according to the invention is that such a forming tool is created, which is characterized by his simple structure distinguishes. Advantageous to the simple structure is that the forming tool is a separation of functional Shell and stiffness-based support of the shell, which is a considerably cheaper Forming tool almost unchanged Wear- and strength properties. In addition, the forming tool according to the invention has even more advantages, especially in terms of increasing the wear resistance the Bowl. At the same time by pouring a permanent preferably indissoluble connection created between the shell and the support.

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.The separation of functional shell and stiffness-specific support of the shell has the great advantage that so the materials of the forming tool are selected and adapted to their function in the forming tool out. Ie. that the shell comprises a material which has particularly good tribological properties and good wear properties, since the surface of the shell represents the shaping surface of a tool active part. For this purpose, high-quality metallic materials, such as tool steel, are used in general but also non-metallic materials, such as ceramic materials or carbon fiber materials. The support of the shell has the function of the forming tool to ensure the rigidity and Festig speed of the forming tool or the tool active part. Ie. that the support has mainly to absorb the process forces during forming and thus has to ensure the stability of the forming tool. As to the casting material of the support essentially good Druckfes must have activities and damping properties, the support is preferably with low-cost and easy-to-use cast materials that have sufficient compressive strength and damping properties to design. An example of such materials are technical concrete materials such as polymer concrete. But other cast materials such as plastics with metal particles are applicable. Furthermore, reinforcements and / or strength-increasing fibers in the casting material are conceivable for increasing the strength properties of the support.

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.Compared With conventional forming tools thus has the forming tool according to the invention Furthermore, the advantage that it is due to suitable material selection and combination of shell and support is much easier to design and thus also has better handling.

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.to Further improvement of tribological properties and wear characteristics the shell is to be provided with a coating, for example with a TiC / TiN layer or a carbon layer. These layer systems have the Advantage that they are only a few microns are thick and the tribological properties and wear resistance the coated surface improve significantly. Alternatively, it is also a heat treatment, such as case hardening, the shell possible. This also improves the tribological properties and wear properties of the Bowl.

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.advantageously, if the shell is to be designed in a thickness of 30 mm to 100 mm, preferably 50 mm to 60 mm, to ensure that a surface finish the shell can be machined is, for. B. by milling, but also, so that such a thick shell the same properties in relation to the maintenance and repair possibilities of the forming tool has like conventional forming tools. At the same time has a Such shell also required, sufficient stability, the a production of such a forming tool advantageously simplified, because it allows a much better handling than conventional coatings.

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.One Another advantage of the forming tool according to the invention is that by suitable combination of the shell and its support considerably easier forming tool is present, which handling the forming tool significantly improved and simplified.

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.One Another advantage arises when the shell has anchors, which are poured into the casting material of the support. The design The anchorages are in toolmaking of forming tools known manner feasible, but preferably they are as pin-shaped anchors with an undercut on the shell. The advantage is that so the connection between the shell and the supporting Cast material is further consolidated. That means that such a Tool the process forces-pushing and pushing forces in the Connection plane between the shell and the supporting Cast material - better can endure and thus the benefits of the tool, in particular in terms of the durability of the forming tool and the wear resistance, even further increases.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ist die Schale aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Eisengusswerkstoff.In an advantageous embodiment of the forming tool according to the invention is the shell of a metallic material, in particular of a Cast iron material.

Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass so die Schale in besonders hochwertigen Werkstoffen auszugestalten ist, wodurch die Verschleißbeständigkeit der Schale vorteilhaft erhöht ist.Advantageous In this embodiment, so that the shell in particularly high quality Materials to design, reducing the wear resistance the shell increased advantageous is.

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.Especially Advantageously, the configuration of the shell is made of an iron casting or cast steel material, because so the range of manufacturable shell geometries advantageously increased is compared to the machining. At the same time can do so the knowledge from the conventional tooling also on the transferred forming tool according to the invention and in particular are no disadvantages in terms of repair and maintenance options the shell and thus the forming surface of the forming tool to see, as established, conventional maintenance work in the same way can also be done on the forming tool according to the invention.

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.One Another advantage of the forming tool is that due to the shell too the lower mass compared to conventional forming tools such high quality and more expensive materials, in particular high alloyed tool steels such as the material 1.2382 (material number according to DIN), can be used, which in conventional tool making alone from economical Point of view and because of the technological problems, especially the too Expected delay in cooling of castings from such high quality materials, would not be acceptable. On The reason for the lower mass of the shell are the technological problems but manageable and no longer represent a problem and the higher material costs are also acceptable, since the mass is advantageously reduced. Such materials further improve the tribological properties and wear characteristics the Bowl.

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.Especially this embodiment of the shell is advantageously made of a cast iron material, if the anchors of the shell are poured directly while pouring the shell with this and thus the shell with the anchorages as one piece and one piece is designed. The advantage here is that the manufacturing costs for the forming tool be reduced by the fact that no separate work to Attaching the anchors to the shell are required, and that the pressure and shear forces of the Process can be better absorbed and thus the durability and wear resistance of the forming tool is further increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs, weist die Schale Elemente zur Führung der Werkzeugaktivteile relativ zueinander auf.In a further advantageous embodiment of the forming tool according to the invention, the shell has elements for guidance the tool active parts relative to each other.

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.Advantageous in this embodiment is that so relatively easy tool guides or elements for leadership the tool, such as mounting benches, as in conventional tool making are used, are designed on the forming tool. For example they are in the form of column guides or to design trapezoidal guides, but preferably as a simple flat guides. The advantage is that in this way, the complexity of the forming tool essential is reduced because of the tool guide no separate units are needed anymore, but these advantageously integrated in the configuration of the forming tool is. This further significantly reduces the cost of the mold and thus significantly increases cost-effectiveness and process reliability of the forming tool.

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.alternative or additively has the forming tool in a further embodiment Elements for connecting at least one tool active part with a forming press. For example, these elements are as through holes for fixing the tool active parts of the forming tool to the To design press by means of screw connections. Preferably and to increase the possible use of the forming tool on different press systems they are as a kind of staircase-shaped clamping surfaces be interpreted so that they are conventional Clamping can be mounted on a variety of forming presses. Especially in combination with the designs of tool guides a relatively simple and cost-effective tool is created on the shell, there the complexity advantageously reduced and the production is simplified. simultaneously creates a process-safe forming tool with universal application possibilities on different press systems and increased efficiency.

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.The Task with regard to the process to be specified for the production a forming tool is inventively achieved in that for producing a forming tool, comprising the tool active parts Stamp, hold-down and die, wherein at least one tool active part with a shell, which with a part of its outer surface, the contact surface to a represents an object to be reshaped, and a support of the Shell is made of a cast material, in a first Manufacturing step the shell is made and in a subsequent Make the shell partially in a cast material is poured, leaving a permanent bond between cast material and shell is formed.

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.Of the Advantage of the method according to the invention is that thus the production of a previously described forming tool according to the invention is made possible, whereby the production time is considerably reduced and thus also The cost of production and the forming tool significantly increased is.

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.In the first manufacturing step alternatively the shell for the tool active parts are manufactured separately or in combination. This increases advantageous the economy of the manufacturing process, in that the production steps are shortened to a minimum.

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.Especially advantageous is the embodiment of the method according to the invention, by producing the shell in a first manufacturing step through an iron casting process. The advantage lies in the fact such that an inventive forming tool can be produced, which in terms of its maintenance and Repair properties with a conventional solid tool is comparable. At the same time, on the other hand, the production time considerably shortened for example, an inventive forming tool with a solid Cast iron shell and a support out Polymer concrete in only about a quarter of the production time of one comparable conventional Vollgusswerkzeugs is produced. Furthermore, it is advantageous that established processes of casting production be maintained in the manufacture of a forming tool and the shell as a casting in terms of technology in thickness is optimized and thus the whole manufacturing process economically is improved.

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.One another big one Advantage is that due to the lower mass of the shell as a casting In comparison to solid cast iron, a much better cast structure can be produced is because of the cooling process the casting is controlled more targeted. This continues to increase the wear resistance the shell and also improves its tribological properties.

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.in the Compared to conventional forming tools made of solid cast iron is the lower mass of a shell in cast execution also advantageous therefore, because typical process steps by heat treatment, such as Case hardening, be carried out much faster and considerably cheaper. Typically aimed for such process steps of time and cost always after the mass of the casting. As in the process according to the invention but just the Mass of shell compared to conventional forming tool is significantly reduced in full cast, is therefore also the time and cost for the inventive method considerably reduced.

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.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment:
A three-part forming tool, comprising the die-active die-stamping and holding-down tools, for the manufacture of automotive sheet metal parts, is made with a solid cast shell and shell support by polymer admixture with fiber admixture to increase the compressive strength of the polymer concrete.

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.there the solid casings will have a thickness of at least 50 mm. Dependent on the geometry of the shell for the individual tool active parts is a variable casting shell thickness up to a maximum of 100 mm provided to the cast iron cups load-adapted and thus stiffness-optimized and wear-resistant design. The Planning and construction of the massive cast shells takes place analogous to the conventional planning process of casting tools. The cast bowl for the die active part die also has further stiffening ribs on the side, in the further tooling in polymer concrete is poured on. All casting bowls are also available on the Side, in the further tooling in polymer concrete is poured, a plurality of peg-shaped form elements, the one guarantee more stable connection of cast shell and polymer concrete.

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.In A first manufacturing step then becomes two models of cast-iron cups milled from Styrofoam, the exact geometry of the shells on the later forming tool plus one Measurement for the shrinkage corresponds to the cast shells. In this case, a casting shell corresponds to the tool active part Matrix provided while the second cast shell stamps the shells for the tool active parts and includes die. This procedure reduces the manufacturing costs again, because so the tool active parts punch and hold down made to fit and matched. At the end In the manufacturing process, the tool parts become stamped and hold-downs separated.

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.The two styrofoam models are each sufficient, as in the casting technique is known, formed in a conventional manner in sand and subsequently decanted. In the present case, the cast iron shells are made of nodular cast iron GGG70 decanted. This material has sufficient tribological properties and wear characteristics and is related to the construction and maintenance of forming tools established so that the manufacturing process and repair and maintenance on conventional and established processes.

Beim Vergießen des Materials wird das eingeformte Styropormodell ausgeschmolzen und der Gusswerkstoff nimmt die Geometrie der Gussschale an.At the Shed of the material, the molded Styrofoam model is melted out and the casting material assumes the geometry of the casting shell.

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.On Reason of the much lower mass of the casting shell in comparison To a conventional casting tool, a casting shell needs only a few Days, usually 1-2 Days, rest and cool and not several weeks as with conventional casting tools. This is a significant economic advantage.

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.After this the cast shells cooled down completely Both casting shells are heat treated by case hardening. This improves the tribological properties and the wear resistance the cast bowls again. Again, compare with conventional Casting tools a significant advantage, since the lower mass of the casting bowls leads to a reduced time and cost for the heat treatment and the result of the hardening process Much better is because a cast shell in the thickness of 50 mm up to 100 mm undergoes a much more homogeneous heat treatment than a conventional casting tool.

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.After the heat treatment, the support of the casting shells is produced by polymer concrete. For this purpose, the cast iron molds are molded in molding boxes, which have the dimensions of the final forming tool. Since polymer concrete has a negligible shrinkage, this is not taken into account in the production. The casting shells are molded in each case in a molding box that the subsequent shaping surface of the casting shell is not poured. Advantageously, this surface is supported by another model with complementary shape. The molding boxes also have more geometry elements that are formed in the support of Po lymerbeton and allow easier clamping of the tool active parts of conventional forming presses. The clamping followed later by means of known clamping technique such as Spannpratzen. Additive are in this manufacturing step other functional elements such as For example, cast reinforcements, anchors and / or channels, which further increase the stability of the forming tool and further improve the handling and possible uses of the forming tool.

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.Subsequently, will the support the cast-iron bowls into the mold boxes filled. By curing of the polymer concrete creates a permanent connection, through the spigots of the cast iron bowls is improved again. By the good ones Processing properties of the polymer concrete and by the negligible Shrinkage during curing it becomes possible an exact base area the tool active parts, i. a reference surface on which the connection to the press will produce. The footprint needs then no more machining machining, causing the Profitability of the forming tool is further increased. alternative However, a basic machining can be done to accuracy the reference surface to improve.

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.The low curing time of polymer concrete also increases the profitability of Procedure and allows a very short production time of such forming tools, the properties being comparable to conventional forming tools are because the polymer concrete a very good compressive strength and good damping properties so that the process forces the sheet metal forming are very well received.

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.To curing of polymer concrete become the cast shells with the supports from the mold boxes demolded and subjected to a finishing, in the first stamp and hold-downs are separated. This is usually done by sawing. On the other hand, all functional surfaces of the forming tool, i. the surfaces, come in the sheet metal forming with a sheet metal part in contact and the sheet metal part are reshaped, reworked. The postprocessing is generally done by milling or grinding and then polishing the surface.

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.By the invention described above is obtained a forming tool, which offers considerable time and cost advantages over conventional casting tools characterized in that the manufacturing time is significantly shortened and costly processing steps are reduced. As previously detailed described has the forming tool according to the invention but at the same time tribological properties, wear resistance and maintenance and repair properties using conventional casting tools for the Forming are comparable.

Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The Invention is not limited to the previously described embodiment limited, but rather transferable to others.

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.So For example, a shell in the first manufacturing step be made by cutting solid material by milling. Or but a shell can depend on their design by a friction and wear-reducing surface layer such as B. a TiC / TiN layer to be coated.

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.In another embodiment can the shells of the tool active parts also designed as cast shells itself, a part of the reference surface of the tool active part form. this leads to among other things, that such cast shells for casting the support not in molding boxes have to be molded but the casting material of the support directly into the casting bowls can be poured.

Claims (11)

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.Forming tool, comprising the tool active parts punch, hold-down and die, wherein at least one tool active part has a shell, which forms with a part of its outer surface in a forming the contact surface to an object to be formed, and a support of the shell of a cast material, characterized in that the Shell is partially cast in the casting material. Umformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Eisengusswerkstoff, ist.Forming tool according to claim 1, characterized that the shell is made of a metallic material, in particular cast iron material. Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale Verankerungen aufweist, welche in den Gusswerkstoff eingegossen sind.Forming tool according to claim 1 or 2, characterized that the shell has anchors, which in the casting material are poured. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff der Abstützung der Schale ein Betonwerkstoff, insbesondere Polymerbeton, ist.Forming tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the casting material of the support of Shell is a concrete material, in particular polymer concrete, is. 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.Forming tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shell has a thickness of 30 mm to 100 mm, in particular from 50 mm to 60 mm. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale und die Verankerungen der Schale einteilig sind, insbesondere als ein Gussteil ausgestaltet sind.Forming tool according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the shell and the anchors of the shell are one piece, in particular designed as a casting. 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.Forming tool according to one of vorherge existing claims, characterized in that the shell has elements for guiding the tool active parts relative to each other and / or has elements for connecting a tool active part with a forming press. 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.Method for producing a forming tool, having the tool active parts punch, downholder and die, wherein at least one tool active part with a shell, which with a part of their outer surface the contact area to an object to be reshaped, and a support of the Shell is made of a cast material, characterized, that in a first manufacturing step, the shell is produced and in a subsequent manufacturing step, the shell partially is poured in a cast material, so that an inseparable connection is formed between cast material and shell. 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.Method according to claim 8, characterized in that that the shell is in a thickness in the range of 30 mm to 100 mm, in particular 50 mm to 60 mm, is configured. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale in dem ersten Herstellungsschritt durch ein Gussverfahren, insbesondere Eisengussverfahren hergestellt wird.Method according to claim 8 or 9, characterized that the shell in the first manufacturing step by a casting process, in particular iron casting process is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungen direkt an die Schale angegossen werden.Method according to one of claims 8 to 10, characterized that the anchorages are cast directly on the shell.