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Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Werkstücks sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Umformwerkzeugs.
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Als Umformwerkzeug wird gemeinhin ein Bearbeitungswerkzeug bezeichnet, welches in den in der DIN-Norm 8580 genannten Fertigungsverfahren „Urformen” und „Umformen” Verwendung findet. Solche Umformwerkzeuge finden ihren Einsatz in verschiedenen Bereichen in der Metallindustrie und insbesondere im Karosseriebau. Vom Begriff „Umformwerkzeug” seien vorliegend ausdrücklich auch Presswerkzeuge umfasst, mittels welcher das umzuformende Werkstück in eine zum Presswerkzeug komplementäre Matrize gepresst wird.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Umform- bzw. Presswerkzeuge werden zumeist unter Anwendung eines Gussverfahrens hergestellt und aus einem Metall gegossen. Ein solches Gussverfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 035 937 A1 bekannt.
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Als nachteilig bei herkömmlichen Gussverfahren zur Herstellung von Umformwerkzeugen erweist sich jedoch das relativ hohe Eigengewicht des aus Metall gegossenen Umformwerkzeugs. Darüber sind die Materialkosten für zur Fertigung von Umformwerkzeugen geeignete Metalle in der Regel relativ hoch.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Umformwerkzeug zu schaffen, welche sich gegenüber herkömmlichen Umformwerkzeugen insbesondere durch ein reduziertes Eigengewicht und/oder verringerte Herstellungskosten auszeichnet. Es ist eine weitere, zweite Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen Umformwerkzeugs anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Werkstücks mit einem Grundkörper aus einem Metall auszustatten, in welchem ein Hohlraum vorgesehen ist, der wiederum mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Typischerweise wird für das Füllmaterial entweder ein Material herangezogen, das eine geringere Massendichte aufweist als das den Hohlraum umgebende Metall oder mit geringeren Materialkosten verbunden ist als besagtes Metall oder beides. Auf diese Weise lassen sich Eigengewicht und Fertigungskosten des Umformwerkzeugs gegenüber herkömmlichen Umformwerkzeugen in erheblichem Maße reduzieren.
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Zur Herstellung eines solchen Umformwerkzeugs wird erfindungsgemäß ein Gussverfahren vorgeschlagen, gemäß welchem in einem Verfahrensschritt a) eine Gießform bereitgestellt wird, welche in bekannter Weise eine Mulde zur Aufnahme eines Gussmaterials aufweist. In diese Mulde wird in einem Verfahrensschritt b) zur Ausbildung eines Gießkerns ein Füllmaterial eingebracht. Schließlich wird in einem Verfahrensschritt c) das Füllmaterial zur Ausbildung des Grundkörpers des Umformwerkzeugs mit einem Gussmaterial aus Metall umgossen. Bei dem auf diese Weise gefertigten Umformwerkzeug kann der Gießkern im Umformwerkzeug verbleiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Füllmaterial eine geringere Massendichte aufweisen als das Material des Grundkörpers. Auf diese Weise kann das Eigengewicht des Umformwerkzeugs gegenüber Umformwerkzeugen, die keinen Hohlraum aufweisen und etwa massiv aus dem Metall des Grundkörpers hergestellt sind, verringert werden.
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Besonders bevorzugt kommt als Füllmaterial Sand in Betracht, da dieser im Vergleich zu Metallen eine deutlich geringere Massendichte aufweist und darüber auch kommerziell in großen Mengen preisgünstig erhältlich ist. Daher eignet sich ein solcher Sand, insbesondere in kompaktierter Form, im Zuge des erfindungsgemäßen Gussverfahrens als Gießkern verwendet werden.
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Besonders zweckmäßig handelt es sich bei dem im Grundkörper des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ausgebildeten Hohlraum um einen abgeschlossenen Hohlraum, so dass der im Rahmen des erfindungsgemäßen Gussverfahrens in der Gießform platzierte Gießkern aus dem Füllmaterial nach Abschluss des Gussverfahrens dauerhaft im Hohlraum des Grundkörpers verbleibt.
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Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass das den Gießkern bildende Füllmaterial in Schritt c) mit dem Gussmaterial aus Metall im Wesentlichen vollständig umgossen wird, so dass der Gießkern nach dem Umgießen in dem gebildeten Grundkörper verbleibt.
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Um dies zu erreichen, wird in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vorgeschlagen, vor dem Einbringen des Gießkerns in die Mulde gemäß Schritt b) wenigstens ein Abstützelement in der Mulde der Gießform anzubringen. Die Anbringung erfolgt dabei derart, dass der in die Mulde eingebrachte Gießkern sich über das wenigstens eine Abstützelement an der Gießform abstützt und die Gießform während des Eingießens nicht berührt. Als Abstützelement mag dabei etwa ein zapfenartig ausgebildetes Bauteil in Betracht kommen, das aus einem Metall hergestellt sein kann und nach dem Gussvorgang im gegossenen Grundkörper des Umformwerkzeugs verbleiben kann, so dass es die zwischen Hohlraum und Umgebung des Grundkörpers beim Umgießen ausgebildete Durchgangsöffnung automatisch verschließt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Umformwerkzeug in einem Längsschnitt,
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2 eine perspektivische Ansicht auf eine Gießform, mittels welcher unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug hergestellt werden kann,
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3 die Gießform der 2 in einem Längsschnitt entlang der Schnittlinie III-III der 2.
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1 illustriert in einem Längsschnitt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs 1. Dieses umfasst entsprechend 1 einen Grundkörper 2 aus einem Metall, in welchem ein Hohlraum 3 vorgesehen ist, der mit einem Füllmaterial 4 gefüllt ist. Das Füllmaterial 4 dient beim Herstellen des Umformwerkzeugs 1 mittels des im Folgenden noch genauer zu erläuternden erfindungsgemäßen Gussverfahrens als Gießkern 5. Als Füllmaterial kommt beispielsweise Sand, insbesondere kompaktierter, also gepresster Sand, in Betracht. Besonders eignet sich Quarzsand. In Varianten des Beispiels sind aber auch andere geeignete Materialien vorstellbar. Um das Eigengewicht des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs 1 gegenüber herkömmlichen Umformwerkzeugen gering zu halten, empfiehlt sich als Füllmaterial 4 bzw. für den Gießkern 5 generell die Verwendung eines Materials, dessen Massendichte geringer ist als jene des Metalls, aus welchem der Grundkörper 2 gegossen ist. Insbesondere bei der Verwendung von Sand, beispielsweise Quarzsand, ergeben sich zudem erhebliche Kostenvorteile gegenüber einem Vollkörper aus Metall.
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Die 2 illustriert in einer perspektivischen Ansicht eine als Sandform realisierte Gießform 6, mittels welcher unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das erfindungsgemäße Umformwerkzeug 1 hergestellt werden kann. Die 3 zeigt die Gießform 6 der 2 in einem Längsschnitt entlang der Schnittlinie III-III der 2.
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Gemäß dem hier vorgestellten Gussverfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt a) zunächst eine Gießform 6 bereitgestellt, welche eine Mulde 7 zur Aufnahme eines Gussmaterials aufweist. In die Mulde 7 wird in einem zweiten Verfahrensschritt b) das den Gießkern 5 bildende Füllmaterial 4 eingebracht. Dies geschieht vorzugsweise in dem Fachmann bekannter Weise zusammen mit einem Styropormodell, in welches das Füllmaterial 4 integriert ist. Schließlich wird in einem dritten Verfahrensschritt c) der Gießkern 5 zur Ausbildung des Grundkörpers 2 des Umformwerkzeugs 1 (vgl. 1) mit einem Gussmaterial 8 aus Metall umgossen (vgl. 3).
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Das Füllmaterial 4 wird in diesem Fall zur Herstellung des Umformwerkezugs 1 in einem einzigen Verfahrensschritt c) umgossen. Alternativ dazu ist es denkbar, zunächst nur einen Teil des Umformwerkzeugs 1 zu gießen, derart, dass eine schalenartige Ausnehmung gebildet wird. In die Ausnehmung kann das Füllmaterial 4 eingebracht werden. Anschließend wird der Guss geschlossen und auf diese Weise das Umformwerkezug 1 fertig gestellt. Mit anderen Worten, der Verfahrensschritt c) umfasst in diesem Fall mehrere Teilschritte.
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Besonders bevorzugt wird im Grundkörper 2 des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs 1 ein abgeschlossener Hohlraum 3 ausgebildet, so dass der im Zuge des Gussverfahrens in der Gießform 6 platzierte Gießkern 5 aus dem Füllmaterial 4 nach Abschluss des Umgießens mit einem Metall dauerhaft im Hohlraum 3 des Grundkörpers 2 verbleibt. Hierzu ist es erforderlich, den Gießkern 5 derart in der Mulde 7 in Gießform 6 zu positionieren, dass er nicht in mechanischen Kontakt mit der Oberfläche der die Mulde 7 bildenden Bereiche der Gießform 6 gerät. Daher werden im Zuge der Positionierung des Gießkerns 5 in der Mulde 7 gemäß Schritt b) die in 2 gezeigten Abstützelemente 9 in der Mulde 7 der Gießform 6 angebracht. Die Anbringung der Abstützelemente 9 erfolgt dabei derart, dass der in die Mulde 7 eingebrachte Gießkern 6 sich ausschließlich über die Abstützelemente 9 an der Gießform 6 abstützt, die Gießform 6 selbst also nicht berührt.
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Besagte Abstützelemente 9 können wie in 2 dargestellt als Abstützzapfen, beispielsweise aus einem Metall, realisiert sein. Diese verbleiben nach dem Gussvorgang im gegossenen Grundkörper 2 des Umformwerkzeugs 1, so dass sie die zwischen Hohlraum 3 und Umgebung des Grundkörpers 2 ausgebildeten Durchgangsöffnungen verschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006035937 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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