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Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Werkstückes sowie ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen.
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Aus dem Stand der Technik sind Umformwerkzeuge grundsätzlich bekannt, allerdings kann es beim Umformen zu Versagen in Form von Rissen und Schnürungen kommen, was zu höheren Kosten aufgrund des erhöhten Aufwandes und Ressourcenverbrauches führt. Um dies zu vermeiden, kann beispielsweise die Zusatzbeölung des Werkstückes erhöht werden. Allerdings sind die Umformwerkzeuge dann stark verölt, was wiederum zu Verschmutzung des Werkstückes mit der Folge von zusätzlichem Aufwand durch ein anschließendes Entölen einhergeht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Umformwerkzeug derart zu verbessern, dass der Schmiermitteleinsatz reduziert wird, wobei gleichzeitig eine höhere Fertigungsgenauigkeit und Prozessstabilität gewährleistet ist.
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Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Werkstückes.
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Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um ein Blech, vor allem eine Platine, handeln. Das Umformwerkzeug weist vorzugsweise ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf.
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Erfindungsgemäß ist in einem Haltebereich, der zum Halten des Werkstückes ausgebildet ist, in zumindest einem Teil einer Oberfläche des Oberwerkzeuges und/oder an einer Oberfläche des Unterwerkzeuges mindestens eine Kapillarstruktur umfassend mindestens einen Kapillarkanal ausgebildet, wobei die Kapillarstruktur vorzugsweise dazu ausgebildet ist, Schmiermittel entgegen einer Ziehrichtung des Werkstückes fließen zu lassen.
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Beispielsweise kann das Unterwerkzeug einen Ziehstempel und mindestens einen Blechhalter umfassen. Bei dem Haltebereich handelt es sich insbesondere um einen Blechhalter des Umformwerkzeuges. Somit ist an der Oberfläche des Blechhalters zumindest in einem Teil eine Kapillarstruktur ausgebildet. Bei dem Oberwerkzeug kann ein dem Blechhalter des Unterwerkzeuges gegenüberliegender Blechhalter ausgebildet sein, bei dem auch in zumindest einem Teil der Oberfläche eine Kapillarstruktur ausgebildet ist.
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Bei der Kapillarstruktur handelt es sich vor allem um eine Strukturierung der Oberfläche, dies bedeutet, dass in zumindest dem Teil, in dem die Kapillarstruktur ausgebildet ist, die Oberfläche nicht eben ausgebildet sein kann. Dabei ist die Oberfläche allerdings nicht grundsätzlich aufgeraut, sondern ist glatt, bis auf die Stellen, in denen Kapillarkanäle ausgebildet sind. Die Kapillarstruktur ist dabei derart ausgebildet, dass sie eine Kapillarwirkung hinsichtlich eines Schmiermittels erzielt. Unter einem Kapillareffekt ist die Eigenschaft zu verstehen, dass sich das Schmiermittel in dem mindestens einen relativ engen Kapillarkanal ausbreiten kann, und zwar entgegen der Ziehrichtung.
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Bei dem Schmiermittel handelt es sich insbesondere um ein Ziehöl, insbesondere eine Grundbeölung und/oder eine Zusatzbeölung, des Werkstückes. Die Kapillarstruktur ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das Schmiermittel in einer zu einer Ziehrichtung des Werkstückes entgegengesetzten Richtung zum Fließen anregt und eine Fließbewegung in Ziehrichtung stoppt.
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Die Ziehrichtung ergibt sich insbesondere aus dem Einzug des Werkstückes. Dadurch wird eine Verschmutzung mit dem Schmiermittel vermieden, da das Schmiermittel nicht aus dem Umformwerkzeug heraustransportiert wird. Insgesamt kann somit weniger Schmieröl verwendet werden. Auch wird die Wirkung des Schmiermittels verbessert, da eine gleichmäßige, homogene Verteilung innerhalb der Kapillarkanäle der Kapillarstruktur auf der Oberfläche bewirkt wird. Die Gefahr eines Trockenlaufens in den stark mit einer Flächenpressung beaufschlagten Haltebereichen entsteht somit nicht. Es wird ein hydrodynamisches System, das eine Reduzierung des Schmiermitteleinsatzes und eine erhöhte Fertigungsgenauigkeit und Prozessstabilität erlaubt, geschaffen.
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Der mindestens eine Kapillarkanal ist von einem ersten Längsende zu einem zweiten Längsende in dessen Längsrichtung verjüngt ausgebildet. In anderen Worten erstreckt sich der Kapillarkanal von einem ersten Längsende zu einem zweiten Längsende, wobei sich dessen Durchmesser in Richtung des zweiten Längsendes verringert.
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Vorzugsweise ist am ersten Längsende ein Reservoir zum Sammeln von Schmiermittel angeordnet. Bei dem Reservoir handelt es sich insbesondere um einen Bereich, in dem sich Schmiermittel sammeln kann. Vor allem kann der Kapillarkanal in das Reservoir münden. Insbesondere weist der Kapillarkanal am ersten Längsende eine vorzugsweise runde Ausnehmung auf, die als Reservoir dient. Das Reservoir kann ferner wannenförmig ausgebildet sein.
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Das eingesetzte Schmiermittel, insbesondere die Grundbeölung und/oder auch die Zusatzbeölung, verbleibt somit in den Reservoiren der Kapillarkanäle auf der Oberfläche in den Haltebereichen. Die Reservoire dienen als Speicher des Schmiermittels, was zur Ausbildung des hydrodynamischen Systems beiträgt.
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Der mindestens eine Kapillarkanal weist einen Winkel zur Ziehrichtung zwischen 3° und 90° auf. Insbesondere besteht der Winkel zwischen 5° und 80°, insbesondere zwischen 10° und 60°.
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In einem Querschnitt weist der mindestens eine Kapillarkanal an dessen Grund eine gerundete Ausbildung auf. Der mindestens eine Kapillarkanal kann eine Länge von 100 µm bis 50000 µm, vorzugsweise 3000 µm bis 20000 µm, aufweisen. Die Breite des Kapillarkanals kann zwischen 1 µm und 150 µm, am meisten bevorzugt zwischen 50 µm und 100 µm, liegen.
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Auch kann der mindestens eine Kapillarkanal in einem Übergangsbereich zur Oberfläche des Oberwerkzeuges in einem Querschnitt und/oder des Unterwerkzeuges gerundet ausgebildet sein. In anderen Worten geht der Kanal im Querschnitt gerundet und stetig in die Oberfläche über.
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Die Kapillarstruktur kann mehr als einen Kapillarkanal aufweisen, die vorzugsweise wie oben beschrieben ausgebildet sein können. Insbesondere ist die Kapillarstruktur nicht durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Fräsen oder Kratzen, sondern mittels eines Laserabtragverfahrens in die Oberfläche eingebracht, wobei sich im Anschluss eine Wärmebehandlung anschließen kann.
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Insbesondere können die Kapillarkanäle miteinander verbunden sein. Die Kapillarkanäle können ineinander übergehen und somit fluidtechnisch verbunden sein, sodass Schmiermittel von einem Kapillarkanal in einen anderen Kapillarkanal fließen kann. Insbesondere können zwei Kapillarkanäle an mindestens einem Reservoir miteinander verbunden, das heißt, dass mindestens zwei Kapillarkanäle in ein Reservoir münden können.
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Der Teil der Oberfläche, auf dem die Kapillarstruktur ausgebildet ist, kann maximal 30 % der Oberfläche sein, vorzugsweise maximal 20 % der Oberfläche. Bei der Oberfläche handelt es sich insbesondere um die Oberfläche eines Blechhalters, der beim Umformen in Kontakt mit einem Werkstück tritt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen eines Werkzeuges unter Verwendung eines Umformwerkzeuges, das vorzugsweise wie oben beschrieben ausgebildet ist.
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Das Verfahren umfasst vorzugsweise das Umformen eines Werkstückes, wobei dieses die weiteren Schritte eines Ziehens des Werkzeuges in eine Ziehrichtung umfasst. Dabei verhindert ein Kapillareffekt innerhalb der Kapillarstruktur eine Bewegung des Schmiermittels in Ziehrichtung. Insbesondere wird ein Flächenkontakt zwischen den Haltebereichen des Oberwerkzeuges und denen des Unterwerkzeuges mit dem Werkstück erzeugt, wobei die Flächenpressung zwischen 2 MPa und 50 MPa liegt.
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Es zeigen in rein schematischer Darstellung
- 1: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges;
- 2: einen Querschnitt zweier Kapillarkanäle einer Kapillarstruktur der 1;
- 3: eine Draufsicht auf einen Kapillarkanal; und
- 4: eine Draufsicht auf eine Oberfläche mit einer Kapillarstruktur umfassend mehrere Kapillarkanäle.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges 10. Das Umformwerkzeug 10 umfasst ein Oberwerkzeug 11 und ein Unterwerkzeug 13. Das Oberwerkzeug 11 umfasst einen Blechhalter 12 mit in 1 dargestellten zwei Vorsprüngen. Das Unterwerkzeug 13 umfasst einen Ziehstempel 15 und einen Blechhalter 14 umfassend die beiden in 1 dargestellten Arme, wobei der Blechhalter 14 des Unterwerkzeuges 13 der Blechhalter 12 des Oberwerkzeuges 11 gegenüberliegend angeordnet sind. Ein Werkstück 17, insbesondere eine Platine, wird in Ziehrichtung 16 gezogen. Es sind zwei Haltebereiche 19, und zwar zwischen den Blechhaltern ausgebildet.
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Dabei weist der Blechhalter 12 des Oberwerkzeuges und der Blechhalter 14 des Unterwerkzeuges 13 jeweils eine Oberfläche 18 auf, in die zumindest in einem Teil eine Kapillarstruktur 30 ausgebildet ist.
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2 zeigt einen Querschnitt zweier Kapillarkanäle 31 einer Kapillarstruktur 30, die in einer Oberfläche 18 an einem Haltebereich 19 nach 1 eingebracht sind. Im Querschnitt ist zu sehen, dass die Kapillarkanäle 31 jeweils an deren Grund 21 sowie in einem Übergangsbereich 20 zur Oberfläche gerundet ausgebildet sind.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen Kapillarkanal 31 in einer Oberfläche 18, der sich von einem ersten Längsende 31a zu einem zweiten Längsende 31 b erstreckt. Dabei verjüngt er sich vom ersten Längsenge 31a zum zweiten Längsende 31b. Am ersten Längsende 31a ist ein Reservoir 32 zum Sammeln vom Schmiermittel ausgebildet, in die der Kapillarkanal 31 mündet. Der Kapillarkanal 31 kann einen Winkel 33 mit der Ziehrichtung 16 aufweisen.
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In 4 ist eine Draufsicht auf eine Oberfläche 18 mit einer Kapillarstruktur 30 umfassend mehrere Kapillarkanäle 31 mit Reservoiren 32 zu sehen. Dabei sind die Kapillarkanäle 31 miteinander verbunden, insbesondere an Reservoiren 32. In anderen Worten münden sie in ein gemeinsames Reservoir 32.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Umformwerkzeug
- 11
- Oberwerkzeug
- 12
- Blechhalter
- 13
- Unterwerkzeug
- 14
- Blechhalter
- 15
- Ziehstempel
- 16
- Ziehrichtung
- 17
- Werkstück
- 18
- Oberfläche
- 19
- Haltebereich
- 20
- Übergangsbereich
- 21
- Grund
- 30
- Kapillarstruktur
- 31
- Kapillarkanal
- 31a
- erstes Längsende
- 31b
- zweites Längsende
- 32
- Reservoir
- 33
- Winkel
