DE102008002736A1 - Device for processing plate in nano-structured mold part, has pressure generating unit for generating pressure or stress deformation, and nano-structured structure forming unit for forming nano-structured structure in area of mold part - Google Patents

Device for processing plate in nano-structured mold part, has pressure generating unit for generating pressure or stress deformation, and nano-structured structure forming unit for forming nano-structured structure in area of mold part Download PDF

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Abstract

The device has a pressure generating unit (200) for generating pressure or stress deformation. A nano-structured structure forming unit (100) is provided for forming a nano-structured structure in an area of a mold part (40a). An extrusion die (30) and an arrester (20) are provided for forming a nano-structured structure. The extrusion die and the arrester are displaced relative to each other and are arranged in rotating manner. An independent claim is included for a method for manufacturing a nano-structured mold part on a plate.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Platte, insbesondere eines Blechzuschnitts, zu einem nanostrukturierten Formteil und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The Invention relates to a device for processing a plate, in particular a sheet metal blank, to a nanostructured Molded part and a method for producing the same according to the preamble the independent claims.

Aus Gründen einer rationellen und kostengünstigen Fertigung werden viele Fertigbauteile aus standardisierten Halbzeugen hergestellt. Dazu werden Halbzeuge derart ausgelegt, dass sie in Form und den Abmessungen dem herzustellenden Produkt bestmöglich entsprechen. Weitere Bearbeitungsschritte am Halbzeug führen zur Herstellung des geforderten Fertigbauteiles.Out Reasonable and cost-effective Many prefabricated components are manufactured from standardized semi-finished products produced. For this purpose, semi-finished products are designed so that they are in Shape and dimensions of the product to be produced best possible correspond. Perform further processing steps on the semi-finished product for producing the required prefabricated component.

Gefragt sind insbesondere derartige Halbzeuge, die bereits Werkstoffeigenschaften aufweisen, die die Herstellung zum Fertigbauteil und/oder den Einsatz im Betrieb positiv begünstigen. Maßgeblichen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften haben der Werkstoff und die Art der Gefügeausbildung. So zeigen beispielsweise Werkstoffe mit einem nanostrukturierten Gefüge ein sehr gutes duktiles Werkstoffverhalten. Außerdem können ein großes Umformvermögen und hohe Festigkeitswerte nachgewiesen werden.Asked are in particular such semi-finished products, already the material properties comprising the preparation of the prefabricated component and / or the use positively favor the operation. Significant influence on the material properties have the material and the type of Microstructure. For example, materials are included a nanostructured structure a very good ductile Material behavior. Besides, a big one can Forming capacity and high strength values are demonstrated.

Verfahren zur Herstellung nanostrukturierter metallischer Werkstoffe sind beispielsweise Verfahren der massiven plastischen Umformung. Einige Beispiele derartiger Verfahren sind Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Accumulative Roll-Bonding (ARB), Repetitive Corrugating and Straightening (RCS), High Pressure Torsion (HPT), Cyclic Extrusion Compession (CEC) und Multiaxial Forging (MF). Für diese Verfahren umgesetzte Vorrichtungen befinden sich meistens noch in einem Versuchsstadium und beschränken sich auf die Erzeugung des nanostrukturierten Gefüges. Vorrichtungen zur wirtschaftlichen Produktion von beispielsweise nanostrukturierten Halbzeugen oder die serientaugliche Herstellung von nanostrukturierten Fertigbauteilen aus Halbzeugen sind erst im Entstehen.method for the production of nanostructured metallic materials For example, methods of massive plastic deformation. Some examples such methods are Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Accumulative Roll Bonding (ARB), Repetitive Corrugating and Straightening (RCS), High Pressure Torsion (HPT), Cyclic Extrusion Compession (CEC) and Multiaxial Forging (MF). Implemented for these procedures Devices are usually still in an experimental stage and are limited to the generation of nanostructured Structure. Devices for economic production from, for example, nanostructured semi-finished products or the production-ready ones Production of nanostructured prefabricated components from semi-finished products are just beginning to emerge.

So ist aus der Patenschrift US 7 096 705 B2 eine Vorrichtung zur Herstellung von langen Extrusionshohlkörpern bekannt. Dabei weisen die extrudierten Hohlkörper durch eine massive plastische Umformung ein nanostrukturiertes Gefüge auf. So wird ein Werkstoffrohling, meist in Form eines zylindrischen Stangenabschnitts, mit großer Kraft durch ein sich im Querschnitt verengendes Extrusionswerkzeug gedrückt.So is from the patent US Pat. No. 7,096,705 B2 an apparatus for the production of long extrusion hollow bodies known. The extruded hollow bodies have a nanostructured microstructure due to massive plastic deformation. Thus, a material blank, usually in the form of a cylindrical rod portion, pressed with great force by a cross-sectional narrowing extrusion die.

Die durch dieses Verfahren und mit Hilfe dieser Vorrichtung hergestellten Hohlkörper stellen in der Regel Endlosprofile dar. Nachteilig ist, dass diese Endlosprofile in Richtung der Profilachse ausschließlich einen konstanten, durch die Durchdrückmatrize festgelegten Querschnitt aufweisen. Ebenso ist es nicht möglich, beispielsweise einseitig geschlossene Hülsenkörper zu fertigen. Zusätzlich stellt der extrudierte Hohlkörper als Endlosprofil in der Regel nur eine weitere Stufe eines Halbzeuges dar. Dieses muss durch evt. weitere Prozessschritte zum Fertigbauteil bearbeitet werden. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Hohlkörper sind keine Blechmaterialien vorgesehen.The produced by this method and by means of this device Hollow bodies usually represent endless profiles. Disadvantageous is that these endless profiles in the direction of the profile axis exclusively a constant, determined by the punch-through die Have cross-section. Likewise, it is not possible, for example one-sided closed sleeve body to manufacture. In addition, the extruded hollow body as Endless profile usually only one more stage of a semi-finished product This must by possibly further process steps to prefabricated to be edited. As starting material for the production of the hollow body No sheet metal materials are provided.

Aus der Patentschrift WO 2006/138727 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines nanostrukturierten Formteils aus einem großflächigem Blechmaterial bekannt. In einem ersten Schritt erfolgt über einen aufwendigen und mehrstufigen Herstellungsprozess eine Nanostrukturierung des kompletten Blechmaterials. Dabei wird durch einen Schmelzvorgang und ein schnelles Erstarren zuerst ein feinkörniges Gefüge erzeugt. Anschließend wird das feinkörnige Gefüge durch plastische Verformung infolge von abwechselnde Zug- und Druckbelastung nanostrukturiert.From the patent WO 2006/138727 For example, an apparatus and a method for producing a nanostructured molded part from a large-area sheet metal material are known. In a first step, a complex and multi-stage manufacturing process is followed by nanostructuring of the entire sheet metal material. In this case, a fine-grained structure is first produced by a melting process and a rapid solidification. Subsequently, the fine-grained structure is nanostructured by plastic deformation as a result of alternating tensile and compressive loads.

Die Erzeugung der Nanostrukturierung durch ein massives plastisches Umformen wie beispielsweise durch Equal Channel Angular Pressing (ECAP) oder High Pressure Torsion (HPT) wird für eine Serienfertigung explizit ausgeschlossen. Die Herstellung des nanostrukturierten Formteils erfolgt durch einen abschließenden Umformvorgang.The Generation of nanostructuring by a massive plastic Forming such as Equal Channel Angular Pressing (ECAP) or High Pressure Torsion (HPT) is used for mass production explicitly excluded. The preparation of the nanostructured Shaped by a final forming process.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteileadvantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, innerhalb einer Serienfertigung nanostrukturierte Formteile mit einem hohen Umformvermögen und/oder einer hohen Festigkeit herzustellen. Dabei sollen als Ausgangsmaterialien Platten, vorzugsweise Blechzuschnitte, mit einer Mikrostruktur dienen.Of the Invention is based on the task, within a series production Nanostructured moldings with a high formability and / or to produce a high strength. It should as starting materials Plates, preferably sheet metal blanks, serve with a microstructure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung zur Bearbeitung einer Platte, insbesondere eines Blechzuschnitts, zu einem nanostrukturierten Formteil und ein Verfahren zur Herstellung desselben entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.These Task is solved according to the invention a device for processing a plate, in particular a sheet metal blank, to a nanostructured molding and a method of manufacture the same according to the characterizing features of the independent Claims.

Im nachfolgenden ist mit dem Ausdruck „zu fertigendes Formteil” ein Teilezustand vor dem fertigen Formteil bezeichnet. Einen solchen Zustand stellt beispielsweise bereits die als Ausgangsmaterial vorliegende Platte dar. Ebenso denkbar ist der Zustand, bei der die Platte bereits eine Form- und/oder Gefügeveränderung aufweist, bevor das fertige Formteil hergestellt ist.in the the following is with the expression "molded part" a Part state before the finished molded part called. Such a For example, state is already present as the starting material Plate is also conceivable is the state in which the plate already has a change of shape and / or microstructure, before the finished molding is made.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht zur Bildung eines nanostrukturierten Gefüges im zu fertigenden Formteil einen Pressstempel vor. Ein Pressstempel weist in der Regel eine Wirkrichtung auf, in welche eine Kraft auf ein anderes, mit dem Pressstempel in Kontakt stehendem Element ausgeführt werden kann. In vorteilhafter Weise ist in Wirkrichtung des Pressstempels ein Gegenhalter angeordnet.The Device according to the invention provides for formation a nanostructured structure in the molded part to be produced a punch before. A press stamp usually has one Effective direction in which a force on another, with the Press stamp be made in contact standing element can. Advantageously, in the effective direction of the press ram arranged a counter-holder.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Pressstempel und der Gegenhalter relativ zueinander verschiebbar ausgeführt sind, bevorzug in Wirkrichtung des Pressstempels. Der Gegenhalter kann dabei ebenfalls als ein fester Anschlag für den Pressstempel dienen. Ebenso wird vorgeschlagen, dass der Pressstempel und der Gegenhalter relativ zueinander rotierend ausgeführt sind, vorzugsweise um eine Achse, die in Wirkrichtung des Pressstempels liegt.In Development of the device according to the invention is provided that the ram and the counter-holder relative designed to be displaceable relative to each other, Favor in the direction of action of the press stamp. The counterpart can also act as one solid stop serve for the punch. Likewise will suggested that the punch and the counterholder relative are designed to rotate with each other, preferably one Axis that lies in the effective direction of the press ram.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das zu fertigende Formteil zwischen dem Gegenhalter und dem Prozessstempel ange ordnet ist. Als günstig erweist sich dabei, wenn zumindest die Bereiche, die nanostrukturiert werden sollen, mit ihren Außenflächen senkrecht zur Wirkrichtung des Pressstempels zeigen. Eine Möglichkeit ist zumindest eine der Außenflächen eben aufliegend auf dem Gegenhalter zu positionieren. Damit kann ein Einlegen zwischen dem Pressstempel und dem Gegenhalter erleichtert werden.Especially preferred is an embodiment of the invention Device in which the molded part to be manufactured between the counter-holder and the process stamp is arranged. As low proves in the process, if at least the areas that are being nanostructured should, with their outer surfaces perpendicular to the direction of action of the press stamp show. One possibility is at least one of the outer surfaces lying flat on the Position the counterholder. This can be an insert between the Press stamp and the counterpart are facilitated.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Pressstempel und der Gegenhalter relativ zum eingelegten zu fertigenden Formteil kraftaufbringend ausgebildet. In vorteilhafter Weise ist damit die Möglichkeit gegeben, dass der Pressstempel eine Druckkraft zumindest auf einen ebenflächigen Bereich des zu fertigenden Formteils aufbringen kann. Insbesondere dient hierbei der Gegenhalter als Anschlag für den Pressstempel. Es ist zusätzlich möglich, anstelle des Gegenhalters einen weiteren Pressstempel zu verwenden, der bevorzugt eine im Betrag gleiche Druckkraft entgegen dem ersten Pressstempel ausübt.In Development of the device according to the invention are the punch and the counterhold relative to the inserted designed to be produced molding force-applying. In an advantageous manner Way is given the possibility that the punch a compressive force at least on a planar area can apply to the molding to be produced. In particular, serves Here, the counter-holder as a stop for the punch. It is additionally possible, instead of the counter-holder to use a further punch, preferably a in the Amount exerts the same compressive force against the first ram.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements the device specified in the independent claim possible.

So sind erfindungsgemäß Mittel zur Erzeugung einer Zug- und/oder Druckumformung vorgesehen. Im Hinblick auf die Ausbildung dieser gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise denkbar, diese Mittel derart auszugestalten, dass die Umformung beispielsweise durch Freiformen, Walzen, Drücken, Kragenziehen, Innenhochdruck-Weitstauchen und/oder Biegen erfolgt.So are inventively means for generating a Zug- and / or pressure forming provided. In terms of training There are different possibilities. That's the way it is For example, conceivable to design these funds such that the Forming, for example, by freeforming, rolling, pressing, Collar pulling, hydroforming and / or bending takes place.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der als Mittel zur Erzeugung einer Zug- und/oder Druckumformung ein Tiefziehstempel mit einer Tiefziehmatrize vorgesehen ist.Especially preferred is an embodiment in which as an agent to generate a tensile and / or pressure forming a thermoforming punch provided with a thermoforming die.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, einen zur Erzeugung des nanostrukturierten Gefüges eingesetzten Pressstempel als Tiefziehstempel zu verwenden. Falls notwendig, kann zusätzlich ein beispielsweise aufgesteckter Aufsatz verwendet werden. Dieser ist dann beispielsweise an die zu erzeugende Kontur des Tiefziehteiles angepasst. Ebenso ist denkbar, verschiedene Aufsätze zur Anfertigung verschiedener Tiefziehkonturen vorzusehen. Das zu fertigende Formteil ist für den Tiefziehvorgang über eine dem Tiefziehstempel angepasste Tiefziehmatrize angeordnet. Zusätzlich ist das zu fertigende Formteil mittels eines Niederhalters in seiner Position fixiert. In vorteilhafter Weise kann die Tiefziehmatrize als Einsatzteil ausgebildet sein. Somit wird eine Anpassung der Tiefziehmatrize an verschiedene Konturen des Tiefziehstempels ermöglicht. Insgesamt ergibt sich dadurch ein sehr kompakter und kostengünstiger Aufbau der Vorrichtung.In Development of the device according to the invention It is proposed to produce a nanostructured structure used stamping press to use as a deep drawing die. If necessary, in addition, for example, plugged Essay can be used. This is then for example to the adapted to be generated contour of the deep-drawn part. It is also conceivable different Attachments for making various thermoforming contours provided. The molded part to be manufactured is over for the deep drawing process a Tiefziehmatrize the Tiefziehstempel adapted arranged. In addition, the molded part to be manufactured by means of a Hold-down fixed in position. In an advantageous way the thermoforming die can be designed as an insert. Consequently will be an adaptation of the thermoforming die to different contours the thermoforming stamp allows. Overall, this results a very compact and inexpensive construction of the device.

Allgemein ergibt sich ein besonders großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn die Mittel zur Erzeugung der Nanostruktur gleichzeitig zum Einbringen der Zug- und/oder Druckumformung vorgesehen sind.Generally This results in a particularly great advantage of the invention Device, if the means for generating the nanostructure at the same time Introduce the tensile and / or pressure forming are provided.

Besonders bevorzugt ist dann eine Ausführungsform, bei der zumindest ein Pressstempel und/oder der Gegenhalter mehrteilig ausgeführt sind. Insbesondere ist dabei eine Ausführung günstig, bei der Pressstempel und/oder der Gegenhalter in Richtung der Tiefziehbewegung segmentiert ist. In vorteilhafter Weise ist dann vorgesehen, dass zumindest ein segmentiertes Teil des Pressstempels und/oder des Gegenhalters als Tiefziehstempel und/oder ein weiteres segmentiertes Teil als Niederhalter des Tiefziehstempels und/oder als Tiefziehmatrize für den Tiefziehvorgang ausgebildet ist. Hierzu sind die segmentierten Teile des Pressstempels und/oder Gegenhalters in Richtung der Tiefziehbewegung relativ zueinander verschiebbar.Especially preferred is then an embodiment in which at least a punch and / or the counter holder made of several parts are. In particular, an embodiment is favorable, in the press punches and / or the counter-holder in the direction of thermoforming movement is segmented. Advantageously, it is then provided that at least one segmented part of the ram and / or the Counterholder as a deep-drawing die and / or another segmented Part as a hold-down of the thermoforming stamp and / or as a thermoforming die is designed for the deep drawing process. These are the segmented parts of the ram and / or counter-holder in the direction the thermoforming movement relative to each other.

Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines nanostrukturierten Formteils aus einer Platte, insbesondere einem Blechzuschnitt.The Invention also leads to a process for the production a nanostructured molding of a plate, in particular a sheet metal blank.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen zumindest einen Bereich des zu fertigenden Formteils mit ebenen Außenflächen zwischen mindestens zwei auf diesen Bereich Druckkraft ausübende Elemente anzuordnen. Demnach ist dieser Bereich zwischen den Elementen eingespannt. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die mindestens zwei Elemente dann relativ zueinander verdreht werden. Vorzugsweise ist sicherzustellen, dass zwischen den Außenflächen und den Elementen eine hohe Reibung vorliegt. In vorteilhafter Weise wird im Bereich der Druckeinwirkung und der eingebrachten Torsion das Gefüge des zu fertigenden Formteils in diesem Bereich nanostrukturiert. Ursache hierfür ist ein massives plastisches Umformen in diesem Bereich auf Grund von vorliegenden großen Scherkräften.According to the invention, it is therefore proposed to arrange at least one region of the molded part to be produced with flat outer surfaces between at least two elements exerting compressive force on this region. Thus, this area is clamped between the elements. Furthermore it is proposed that the at least two elements are then rotated relative to each other. It is preferably to be ensured that there is a high degree of friction between the outer surfaces and the elements. Advantageously, in the area of the pressure effect and the torsion introduced, the microstructure of the molded part to be manufactured is nanostructured in this area. The reason for this is a massive plastic deformation in this area due to the high shear forces involved.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass durch eine Zug- und/oder Druckumformung das Formteil erzeugt wird.additionally It is suggested that by a tensile and / or pressure forming the molded part is generated.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Zug- und/oder Druckumformung als Tiefziehprozess ausgeführt wird.A preferred embodiment of the invention Method provides that the tensile and / or pressure forming as Thermoforming process is performed.

Besonders vorteilhaft ist, wenn für den Tiefziehprozess zumindest ein Teil des zumindest einen auf einen Bereich des zu fertigenden Formteils Druckkraft ausübenden Elementes als Tiefziehstempel und/oder Niederhalter und/oder Tiefziehmatrize verwendet wirdEspecially is advantageous if at least for the deep-drawing process a part of the at least one on an area of the to be manufactured Form part pressure force exerting element as a thermoforming punch and / or hold-down and / or thermoforming die is used

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht außerdem vor, dass das nanostrukturierte Gefüge bereits in der als Ausgangsmaterial vorliegenden Platte erzeugt wird. Dies kann zumindest in einem Bereich, bevorzugt in der vollständigen Platte erfolgen. Die dann nanostrukturierte Platte zeigt z. T. superplastische Eigenschaften. In vorteilhafter Weise können dadurch sehr große Umformgrade bei einer anschließenden Zug- und/oder Druckumformung realisiert werden.A Embodiment of the invention Procedure also provides that the nanostructured Microstructure already present in the starting material Plate is generated. This may be preferred, at least in one area done in the full plate. The then nanostructured plate shows z. T. superplastic properties. In an advantageous way This can be very large degrees of deformation at a realized subsequent tensile and / or pressure forming become.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, zuerst ein zug- und/oder druckumgeformtes Formteil, beispielsweise ein Tiefziehteil, herzustellen. Im Anschluss daran wird dann zumindest in einem ebenflächigen Bereich des Formteiles ein nanostrukturiertes Gefüge erzeugt. Ein Beispiel hierfür ist ein flächig abstehender Kragenrand eines ansonst zylindrischen Tiefziehteils. Somit kann beispielsweise die Festigkeit des Kragens erhöht werden um beispielsweise die Befestigung an ein anderes Element sicherzustellen.A another embodiment of the invention Procedure provides, first a tensile and / or pressure formed Molded part, for example, a deep-drawn part to produce. In connection it will then be at least in a planar area of the Formed part of a nanostructured structure. An example this is a flat protruding collar edge an otherwise cylindrical deep-drawn part. Thus, for example the strength of the collar can be increased by, for example to secure the attachment to another element.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments as well as from the drawings. These show in:

1 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines nanostrukturierten Gefüges in einem Blechzuschnitt, 1 an embodiment for producing a nanostructured structure in a sheet metal blank,

2a ein Ausführungsbeispiel zum Tiefziehen eines nanostrukutrierten Blechzuschnittes vor dem Tiefziehvorgang, 2a an embodiment for deep drawing a nanostrukutrierten sheet metal blank before the deep-drawing process,

2b das Ausführungsbeispiel aus 2a nach erfolgtem Tiefziehvorgang. 2 B the embodiment 2a after the deep-drawing process.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In The figures are the same components and components with the same Function marked with the same reference numerals.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines nanostrukturierten Gefüges in einem Blechzuschnitt gezeigt. Die gezeigte Anordnung 100 ist Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung einer Platte zu einem nanostrukturierten Formteil.In 1 an embodiment for producing a nanostructured structure in a sheet metal blank is shown. The arrangement shown 100 is part of a device according to the invention for processing a plate to a nanostructured molding.

Dabei wird in einer Grundplatte 10 ein mehrteilig aufgebauter Pressstempel 20 geführt. Der Pressstempel 20 weist vorzugsweise, zumindest bereichsweise, eine zylindrische Außenkontur 21 auf. Die Außenkontur 21 ist außerdem Bestandteil eines ersten Segmentes 24 des Pressstempels 20. Das erste Segment 24 weist dabei einen Durchgang auf, in wel chem ein zweites Segment 26 des Pressstempels 20 führend angeordnet ist. Das erste Segment 24 und das zweite Segment 26 sind relativ zueinander und zur Grundplatte 10 verschiebbar und/oder verdrehbar, insbesondere in Richtung bzw. um die Achse M. Die Achse M ist vorzugsweise achsparallel zum zylindrischen ersten Segment 24. Außerdem ist die Achse M vorzugsweise senkrecht zur Oberseite 15 der Grundplatte 10. In einer Grundstellung bilden die Stirnseite 25 des ersten Segmentes 24 und die Stirnseite 27 des zweiten Segmentes 26 eine gemeinsame ebene Fläche. Zusätzlich weisen die Stirnseiten 25, 27 idealerweise ein Versatzmaß a zur Oberseite 15 der Grundplatte 10 auf. In die dadurch ausgebildete zylindrische Senkung wird eine dünne Platte 40 mit Mikrostruktur, vorzugsweise ein Blechzuschnitt, mit ihrer einen Plattenfläche 41 positioniert eingelegt. Vorgeschlagen werden insbesondere auch als Ronde bezeichnete runde Blechzuschnitte. Über der zweiten Fläche 42 der Platte 40 ist ein zweiter Pressstempel 30 angeordnet. Entsprechend dem ersten Pressstempel 20 ist auch der zweite Pressstempel 30 mehrteilig ausgebildet. Ebenfalls weist dieser ein erstes Segment 34 mit einer vorzugsweise zylindrischen Außenkontur und ein im ersten Segment 34 geführtes zweite Segment 36 auf. Das erste Segment 34 und das zweites Segment 36 sind relativ zueinander und jeweils zum ersten Presstempel 20 verschiebbar und/oder verdrehbar ausgeführt.This is done in a base plate 10 a multipart press die 20 guided. The press stamp 20 preferably has, at least partially, a cylindrical outer contour 21 on. The outer contour 21 is also part of a first segment 24 of the press stamp 20 , The first segment 24 in this case has a passage in wel chem a second segment 26 of the press stamp 20 is arranged leader. The first segment 24 and the second segment 26 are relative to each other and to the base plate 10 displaceable and / or rotatable, in particular in the direction or about the axis M. The axis M is preferably axially parallel to the cylindrical first segment 24 , In addition, the axis M is preferably perpendicular to the top 15 the base plate 10 , In a basic position form the front side 25 of the first segment 24 and the front side 27 of the second segment 26 a common flat surface. In addition, the faces have 25 . 27 ideally an offset dimension a to the top 15 the base plate 10 on. In the thus formed cylindrical countersink is a thin plate 40 with microstructure, preferably a sheet metal blank, with its one plate surface 41 positioned in position. In particular, circular blank blanks are also referred to as round blank. Above the second surface 42 the plate 40 is a second punch 30 arranged. According to the first punch 20 is also the second press stamp 30 formed in several parts. It also has a first segment 34 with a preferably cylindrical outer contour and one in the first segment 34 guided second segment 36 on. The first segment 34 and the second segment 36 are relative to each other and each to the first press stamp 20 designed to be displaceable and / or rotatable.

In 2a ist ein Ausführungsbeispiel zum Tiefziehen eines beispielsweise bereits nanostrukutrierten Blechzuschnittes 40' innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Vorzugsweise entspricht die Anordnung 200 im Wesentlichen der bereits in der 1 beschriebenen Anordnung 100. Im Unterschied dazu fehlt das zweite Segment 26 des ersten Pressstempels 20. In einer ersten Grundstellung vor dem Tiefziehvorgang liegen die erste Stirnseite 35 des ersten Segmentes 34 und die zweite Stirnseite 37 des zweiten Segmentes 36 auf der Oberseite 42 der dünnen Platte 40 ebenflächig auf.In 2a is an embodiment for deep drawing a example already nanostrukutrierten sheet metal blank 40 ' within an invention shown device according to the invention. Preferably, the arrangement corresponds 200. essentially the one already in the 1 described arrangement 100 , In contrast, the second segment is missing 26 of the first punch 20 , In a first basic position before the deep-drawing process are the first end face 35 of the first segment 34 and the second end face 37 of the second segment 36 on the top 42 the thin plate 40 level surface.

In 2b ist die Anordnung aus 2a nach einem ausgeführten Tiefziehvorgang gezeigt. Hierbei weist das zweite Segment 36 des zweiten Pressstempels 30 eine neue Position in Richtung der Achse M auf. Vorzugsweise ist das zweite Segment 36 des zweiten Stempels 30 innerhalb des Durchgangs des ersten Segments 26 des ersten Pressstempels 20 zumindest bereichsweise überlappend positioniert. Die Position entspricht dabei dem Tiefenmaß des aus der dünnen Platte 40 dann tiefgezogenen Bauteils 40a. Die Außenkontur des zweiten Stempels 36 des zweiten Pressstempels 30 ist um ein Maß kleinergleich der Plattenstärke der Platte 40 zur Innenkontur des ersten Segmentes 24 beabstandet komplementär ausgebildet. Die Kontur entspricht dabei der geforderten Konturausbildung des tiefzuziehenden Bauteils 40a. Denkbare Querschnittsformen senkrecht zur Tiefziehrichtung sind beispielsweise eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Ausbildung.In 2 B is the arrangement off 2a shown after an executed deep drawing process. Here, the second segment 36 of the second punch 30 a new position in the direction of the axis M on. Preferably, the second segment 36 of the second stamp 30 within the passage of the first segment 26 of the first punch 20 at least partially overlapping positioned. The position corresponds to the depth of the thin plate 40 then deep-drawn component 40a , The outer contour of the second punch 36 of the second punch 30 is one size smaller than the plate thickness of the plate 40 to the inner contour of the first segment 24 spaced complementarily formed. The contour corresponds to the required contour formation of the deep-drawing component 40a , Conceivable cross-sectional shapes perpendicular to the deep-drawing direction are, for example, a circular, oval or polygonal design.

Zur Ausbildung einer nanostrukturierten Struktur in der dünnen Platte 40 gemäß 1 wird der zweite Pressstempel 30 bis zum Anschlag auf die Oberseite 42 der Platte 40 verfahren. Dabei wirkt der zweite Pressstempel 30 mit einer Druckkraft F1 auf die Platte 40 ein. Ebenso wirkt der erste Pressstempel 20 mit vorzugsweise betragsmäßig gleicher Druckkraft entgegen. Bei einer vorhandenen Druckeinwirkung auf die Platte 40 werden der erste Pressstempel 20 und der zweite Pressstempel 30 relativ zueinander um die Achse M verdreht. Vorzugsweise treten beim ersten und/oder zweiten Pressstempel 20, 30 keine Relativbewegungen zwischen dem ersten Segment 24, 34 und dem jeweiligen zweiten Segment 26, 36 auf. Ebenso ist von Vorteil, dass die Stirnflächen 25, 27 des ersten Presstempels 20 und die Stirnflächen 35, 37 des zweiten Pressstempels 30 zumindest angenähert bündig zueinander abschließen. Dadurch können Druckmarken auf den Plattenflächen 41, 42 vermieden werden.To form a nanostructured structure in the thin plate 40 according to 1 becomes the second punch 30 until it hits the top 42 the plate 40 method. In this case, the second punch acts 30 with a pressing force F1 on the plate 40 one. Likewise, the first punch works 20 with preferably equal in terms of magnitude equal compressive force. For an existing pressure on the plate 40 become the first press stamp 20 and the second punch 30 rotated relative to each other about the axis M. Preferably occur at the first and / or second ram 20 . 30 no relative movements between the first segment 24 . 34 and the respective second segment 26 . 36 on. It is also advantageous that the end faces 25 . 27 of the first press stamp 20 and the faces 35 . 37 of the second punch 30 at least approximately flush with each other. This allows print marks on the plate surfaces 41 . 42 be avoided.

In einem nachfolgenden Fertigungsschritt wird die nun nanostrukturierte Platte 40 tiefgezogen. Hierzu befindet sich die Platte 40 in einer Anordnung gemäß den 2a und 2b. Dabei wird der zweite Pressstempel 30 bis auf Anschlag auf die Oberseite 42 verfahren. Dabei wird über die Stirnflächen 25, 35 des jeweiligen ersten Segmentes 24, 34 eine Haltekraft F3 auf die äußere Randfläche der Platte 40 aufgebracht. Für den anschließenden Tiefziehvorgang wirkt demnach das erste Segment 34 des zweiten Pressstempels 30 als Niederhalter. Das erste Segment 24 des ersten Stempels 20 wirkt dagegen als Tiefziehmatrize. Der Tiefziehvorgang wird eingeleitet durch einen Vorschub des zweiten Pressstempels 30 mit einer Kraft F hin zu einer Position entsprechend 2b. Demnach wirkt das zweite Segment 36 des zweiten Presstempels 30 als Tiefziehstempel.In a subsequent manufacturing step, the now nanostructured plate 40 deep-drawn. For this is the plate 40 in an arrangement according to the 2a and 2 B , This is the second punch 30 until it hits the top 42 method. It is about the faces 25 . 35 of the respective first segment 24 . 34 a holding force F3 on the outer edge surface of the plate 40 applied. Accordingly, the first segment acts for the subsequent deep-drawing process 34 of the second punch 30 as a downholder. The first segment 24 of the first stamp 20 on the other hand acts as a thermoforming die. The deep-drawing process is initiated by a feed of the second press ram 30 with a force F corresponding to a position 2 B , Accordingly, the second segment acts 36 the second press temple 30 as a thermoforming stamp.

Vorzugsweise entspricht die Anordnung zum Tiefziehen genau der Anordnung zur Erzeugung der nanostrukturierten Struktur in die Platte 40. Dadurch kann ein Weitertransport der Platte für den Tiefziehvorgang entfallen. Ebenso Vereinfacht sich die Ansteuerung der Vorrichtung und die Anzahl der verwendeten Bauteile. In diesem Fall ist die nanostrukturierte Platte 40 bereits für den Tiefziehvorgang richtig positioniert. Es wird lediglich das zweite Segment 26 des ersten Pressstempels 20 vor dem eigentlichen Tiefziehvorgang um ein Maß b nach unten verfahren. Das Maß b ist dabei größer als das Tiefenmaß des tiefgezogenen Bauteils 40a. Dadurch werden Kollisionen mit dem zweiten Segment des zweiten Presstempels 30 beim Tiefziehvorgang vermieden.The arrangement for deep drawing preferably corresponds exactly to the arrangement for producing the nanostructured structure in the plate 40 , As a result, a further transport of the plate for the deep-drawing process can be omitted. Likewise simplifies the control of the device and the number of components used. In this case, the nanostructured plate 40 already correctly positioned for the thermoforming process. It will only be the second segment 26 of the first punch 20 before the actual deep drawing process by a measure b down. The dimension b is greater than the depth dimension of the deep-drawn component 40a , This will cause collisions with the second segment of the second punch 30 avoided during the deep drawing process.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Pressstempel 20, 30 zusätzlich als Schneidstempel ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich die Blechzuschnitte, beispielsweise Ronden, im gleichen Fertigungsverfahren aus einem Bandmaterial herauszutrennen. Hierzu befindet sich das Bandmaterial über der Durchgangsbohrung in der Grundplatte 10. Für den Abtrennvorgang verfährt der Pressstempel 30 in Richtung des Bandmaterials und schert dieses über die Außenkontur der Stirnfläche 35 und der Innenkontur der Durchgangsbohrung der Grundplatte 10 ab. Anschließend erfolgen die bereits oben beschriebenen Vorgänge der Nanostrukturierung und Umformung. Für die Herstellung des nächsten nanostrukturierten Formteils wird das Bandmaterial derart weiter befördert, dass ein neuer Blechabschnitt abgetrennt werden kann.In a further development of the device according to the invention can be a press ram 20 . 30 additionally be designed as a punch. This makes it possible to separate the sheet metal blanks, for example blanks, in the same manufacturing process from a strip material. For this purpose, the band material is located above the through hole in the base plate 10 , For the separation process moves the punch 30 in the direction of the strip material and shears this over the outer contour of the end face 35 and the inner contour of the through hole of the base plate 10 from. Subsequently, the above-described processes of nanostructuring and forming occur. For the production of the next nanostructured molded part, the strip material is conveyed on in such a way that a new sheet metal section can be cut off.

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  • - WO 2006/138727 [0007] WO 2006/138727 [0007]

Claims (10)

Vorrichtung zur Bearbeitung einer Platte (40) zu einem nanostrukturierten Formteil (40a) mit Mitteln (200) zur Erzeugung einer Druck- und/oder Zugumformung und mit Mitteln (100) zur Bildung eines nanostrukturierten Gefüges zumindest in einem Bereich des zu fertigenden Formteils (40a), wobei zur Bildung eines nanostrukturierten Gefüges ein Pressstempel (30) und ein Gegenhalter (20) vorgesehen sind, wobei der Pressstempel (30) und der Gegenhalter (20) relativ zueinander verschiebbar und verdrehbar angeordnet sind.Device for processing a plate ( 40 ) to a nanostructured molding ( 40a ) with means ( 200. ) for generating a compression and / or tension forming and with means ( 100 ) for forming a nanostructured structure at least in one region of the molded part to be produced ( 40a ), wherein to form a nanostructured structure, a compression punch ( 30 ) and a counterholder ( 20 ) are provided, wherein the press ram ( 30 ) and the counterhold ( 20 ) are arranged relative to each other displaceable and rotatable. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zu fertigende Formteil (40a) zwischen dem Pressstempel (30) und dem Gegenhalter (20) positioniert ist, wobei der Pressstempel (30) und der Gegenhalter (20) kraftaufbringend ausgebildet angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the molded part ( 40a ) between the press die ( 30 ) and the counterholder ( 20 ) is positioned, wherein the punch ( 30 ) and the counterhold ( 20 ) are arranged force-bearing trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (20) zumindest als ein zweiter Pressstempel ausgeführt ist.Device according to one of claims 1 and / or 2, characterized in that the counter-holder ( 20 ) is designed at least as a second punch. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (200) zur Erzeugung der Druck- und/oder Zugumformung ein Tiefziehstempel (30) mit einer Tiefziehmatrize (24) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that as means ( 200. ) to produce the pressure and / or tensile forming a thermoforming punch ( 30 ) with a thermoforming die ( 24 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Pressstempel (20, 30) als Tiefziehstempel vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one press ram ( 20 . 30 ) is provided as a deep drawing die. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (20) und/oder zumindest ein Pressstempel (20, 30) mehrteilig ausgeführt sind, wobei zumindest ein Teil (26, 36) als Tiefziehstempel und/oder ein weiteres Teil (24, 34) als Niederhalter des Tiefziehstempels und/oder als Tiefziehmatrize (24, 34) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the counter-holder ( 20 ) and / or at least one press die ( 20 . 30 ) are made in several parts, wherein at least one part ( 26 . 36 ) as a deep-drawing die and / or another part ( 24 . 34 ) as a hold-down of the deep-drawing die and / or as a deep-drawing die ( 24 . 34 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Pressstempel (20, 30) rotationssymmetrisch ausgeführt. ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one press ram ( 20 . 30 ) rotationally symmetrical. is. Verfahren zur Herstellung eines nanostrukturierten Formteils aus einer Platte, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich des zu fertigenden Formteils (40a) mit ebenen Außenflächen zwischen mindestens zwei auf diesen Bereich Druckkraft ausübende Elemente (20, 30) angeordnet wird, wobei die mindestens zwei Elemente (20, 30) relativ zueinander verdreht werden und dadurch das Gefüge des zu fertigenden Formteils (40a) nanostrukturiert wird, und dass durch eine Zug- und/oder Druckumformung das Formteil (40a) erzeugt wird.Process for producing a nanostructured molded part from a plate, characterized in that at least one region of the molded part to be manufactured ( 40a ) having flat outer surfaces between at least two elements exerting compressive force on said region ( 20 . 30 ), the at least two elements ( 20 . 30 ) are rotated relative to each other and thereby the structure of the molded part to be manufactured ( 40a ) is nanostructured, and that by a tensile and / or pressure forming the molded part ( 40a ) is produced. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- und/oder Druckumformung als Tiefziehprozess ausgeführt wird.Method according to claim 8, characterized that the tensile and / or pressure forming carried out as a deep-drawing process becomes. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und/oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (24, 26, 34, 36) des zumindest einen auf einen Bereich des zu fertigenden Formteils (40a) Druckkraft ausübenden Elementes (20, 30) als Tiefziehstempel und/oder Niederhalter und/oder Tiefziehmatrize verwendet wird.Method according to claims 8 and / or 9, characterized in that at least one part ( 24 . 26 . 34 . 36 ) of the at least one on a region of the molded part to be manufactured ( 40a ) Pressure-exerting element ( 20 . 30 ) is used as a deep-drawing die and / or hold-down and / or thermoforming die.
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