WO2013010669A1 - Bearbeitungswerkzeug mit einer kühlvorrichtung - Google Patents

Bearbeitungswerkzeug mit einer kühlvorrichtung Download PDF

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machining
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Anton Holzhauer
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Holzhauer Gmbh & Co. Kg
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
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    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/0066—Cutting members therefor having shearing means, e.g. shearing blades, abutting blades

Definitions

  • the invention relates to a machining tool having an effective zone in a contact zone with a workpiece.
  • the workpiece to be machined is specifically heated locally in the region of the processing zone before the processing tool carries out the machining of the workpiece.
  • a plasma jet for example, into consideration.
  • the most diverse possibilities are possible, which allow the achievement of high energy densities, such as e.g. Electron beam, laser beam, etc.
  • DE 1 565 334 A1 discloses a method for hot cutting with the aid of a nozzle-free plasma torch for locally preheating the workpiece.
  • a heating by plasma torch for local heating of the workpiece is also known from DE 25 12 667 C3.
  • the invention aims to provide a machining tool, preferably for hot working, which is compact and permits effective use.
  • a machining tool having an effective zone in a contact zone with a workpiece is provided for this purpose, which is characterized in that a supply device is integrated in the machining tool, which directs a fluid or gaseous active medium as directly as possible from inside and through the machining tool highly stressed contact zone with the workpiece side during hot working.
  • a fluid or gaseous active medium is conducted from the interior and through the machining tool directly to the respectively most highly stressed contact zone (s) or machining zone (s) by means of a feed device integrated in the machining tool.
  • the invention allows the tool to be selectively cooled and lubricated while leaving the still hot or hot workpiece almost unaffected.
  • an attempt is made in the invention, a cooling and therefore a possible
  • This supply line device integrated in the machining tool can be designed in the form of a channel or a predetermined material porosity of the machining tool to the contact zone with the workpiece and / or in the form of capillaries.
  • the capillarity or the porosity here are to be chosen such that by the combination of the pressure of the active medium and the size of the capillarity or porosity penetration of the workpiece material is suppressed and avoided.
  • a material porosity is preferably selected as the feed device or a capillary.
  • Essential in the design of the machining tool according to the invention is the fact that the active medium is aimed specifically at the highly stressed contact point or the machining point between the tool and workpiece and is integrated into the machining tool itself such that the active medium passes through the machining tool. Furthermore, in the invention, an active medium is used, which is actually brought directly into action in the highly stressed or highly stressed processing area, wherein the active medium of air, gases, in particular reactive gases, inert gases or protective gases,
  • Lubricant or coolant may be formed with solid particles or a combination thereof.
  • the amount of fluid active medium to be introduced can be reduced and one obtains more favorable machining forces in the machining zone of the tool and workpiece, whereby material processing can be represented more effectively and cost-effectively by means of the machining tool according to the invention.
  • a suitable active medium can then be selected.
  • the machining tool acts on the workpiece in its predetermined according to the workpiece material warm state.
  • the temperature range in this warm state can be between 100 ° C and 1,250 ° C.
  • the machining tool with the integrated feed is used for a cutting medium for machining, in particular during hot cutting, during cutting, in particular cutting / shearing, punching or pressing, in particular cold extrusion, semi-hot extrusion, forging or deep drawing.
  • Effective zone can be passed to the machining tool through the machining tool to the workpiece.
  • the active medium immediately to the point where it is needed for the machining process.
  • a fluid or gaseous active medium from the interior of the tool through the tool can be targeted to the highly stressed contact zone of the tool with the workpiece side .
  • the feed of the fluid or gaseous active medium can be carried out by means of high pressure, for example greater than 2000 bar.
  • the machining tools can be formed from all materials customary for this purpose, in particular hard metal and ceramic.
  • FIGS 1 and 2 show in schematic views the inventive
  • FIGS. 3 and 4 show a machining tool according to the invention for workpiece machining in the form of cutting, such as cutting / shearing or punching
  • Figures 5 and 6 show a tool according to the invention in a schematic sectional view in the application of pressing, in particular extrusion.
  • FIGS. 1 and 2 relate to machining in which hot machining is carried out as a cutting machining of a workpiece 2.
  • a machining tool in the form of a cutting tool 1 acts on the workpiece 2 at a contact zone 5 and a chip 3 is produced.
  • the machining tool or the cutting tool 1 has a feed line device 4 integrated therein for a fluid active medium, which is integrated from the inside of the machining tool 1 in the example shown via a channel-shaped section 4 and / or a capillary 6 through the tool 1 to the highest claimed contact zone of the tool 1 and workpiece 2 is passed.
  • the active medium can be brought into action on the most highly stressed active zone.
  • the supply line device 4 is selected in the form of a predetermined porosity 7 of the machining tool 1 itself in the direction of the highly stressed contact zone 5 of tool 1 and workpiece 2 and set in a suitable manner.
  • the combination of the pressure of the active medium and the size of the capillarity or porosity here is to be selected such that effectively prevents penetration of the workpiece material.
  • Figures 3 and 4 are concerned with the separation, such as cutting / shearing or punching for machining a workpiece 2.
  • a two-part machining tool namely a cutting punch 1 'on the one hand and a cutting die 1 "on the other hand, act on the highly stressed contact zone 5 with the workpiece 2 in the correspondingly desired manner.
  • the active medium is integrated through the respective tool part 1', 1" and immediately fed to the contact zone 5, namely in Figure 3 by means of capillaries 6 and FIG. 4 by means of a corresponding porosity 7.
  • Figures 5 and 6 are concerned with an application example with the pressing, in particular cold extrusion, semi-hot extrusion, forging or deep drawing.
  • a press working tool comprises a die 10 and a press die 11.
  • this highly stressed contact zone is integrated into and through the die 1 1 if necessary fed a fluid active medium.
  • the supply takes place by means of a capillary 6 and in FIG. 6 with a suitable porosity 7 in the direction of the highly stressed contact region of the pressing punch 11.

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Abstract

Es wird ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone (5) mit einem Werkstück (2) angegeben, welches derart beschaffen und ausgelegt ist, dass in gezielter Weise und in das Werkzeug (1, 1 ', 1";11) integriert und durch dieses hindurch ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium direkt auf die höchst beanspruchte Kontaktzone zwischen Bearbeitungswerkzeug (1, 1', 1"; 11) und Werkstück (2) gerichtet und zugeleitet wird. Es kommt auch eine Zuleitung über Kanäle, Kapillaren und/oder auch entsprechende Abstimmungen der Materialporosität des Bearbeitungswerkzeugs (1, 1 ', 1"; 11) in der Kontaktzone (5) mit dem Werkstück (2) in Betracht. Als fluides oder gasförmiges Medium kann Luft, Gas, insbesondere reaktives Gas, inertes Gas oder Schutzgas Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon zugeführt werden. Das Bearbeitungswerkzeug (2) ist insbesondere für die Warmbearbeitung eines Werkstück (2) bestimmt.

Description

BEARBEITUNGSWERKZEUG MIT EINER KÜHLVORRICHTUNG
Beschreibung
Die Erfindung befasst sich mit einem Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück.
Aus AT-PS 254 658 ist es bekannt, anstelle der üblichen konventionellen Zerspanungsverfahren ein Warmzerspanungsverfahren einzusetzen, wodurch sich eine deutliche Leistungssteigerung erzielen lässt. Durch gezielte und kontrollierte Wärmeeinleitung während des Bearbeitungsprozesses lässt sich die
Zerspanbarkeit des Werkstoffes des Werkstückes signifikant verbessern. Hierbei wird das zu bearbeitende Werkstück gezielt lokal im Bereich der Bearbeitungszone erwärmt, bevor das Bearbeitungswerkzeug die Bearbeitung des Werkstücks ausführt. Für den Wärmeeintrag in das Werkstück kommt ein Plasmastrahl beispielsweise in Betracht. Grundsätzlich sind für das Vorwärmen der Werkstücke vor dem Warmzerspanen beispielsweise die verschiedensten Möglichkeiten geeignet, welche die Erreichung hoher Energiedichten gestatten, wie z.B. Elektronenstahl, Laserstrahl usw.
Aus DE 196 13 183 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstücks aus einem härtbaren Stahl bekannt, bei denen eine zerspanungsbedingte lokale Kurzzeiterwärmung des Werkstücks ausgenutzt und die Werkstückoberfläche im Bereich unmittelbar hinter der Schneide durch Laserstrahleinwirkung mittels einer meißelintegrierten Lichtleiterfaser lokal weiter bis auf Umwandlungstemperatur des zu zerspanenden Werkstoffes erwärmt wird.
Aus DE 1 565 334 A1 ist ein Verfahren zum Warmzerspanen mit Hilfe eines düsenlosen Plasmabrenners zur lokalen Vorwärmung des Werkstücks bekannt. Eine Erwärmung mittels Plasmabrenner zur lokalen Erwärmung des Werkstücks ist auch aus DE 25 12 667 C3 bekannt.
Aus DE 28 18 112 C2 ist ein Verfahren zur Warmzerspanung bekannt, bei dem ein Plasmastrahl eingesetzt wird, der auf die Schnittfläche vor dem Schneidwerkzeug gerichtet wird.
Allen diesen bekannten Warmzerspanungsverfahren ist gemeinsam, dass man mithilfe von zusätzlichen Einrichtungen und vor dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang, wie dem Zerspanen, durch einen geeigneten Energieeintrag eine Aufwärmung bzw. Vorwärmung des Werkstücks vornimmt.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise für eine Warmbearbeitung bereitzustellen, welches kompakt ausgelegt ist und einen effektiven Einsatz gestattet.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück bereitgestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass in dem Bearbeitungswerkzeug eine Zuleitungseinrichtung integriert ist, welche ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium aus dem Inneren und durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch möglichst direkt auf die höchst beanspruchte Kontaktzone mit der Werkstückseite beim Warmbearbeiten richtet.
Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug wird ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium mittels einer im Bearbeitungswerkzeug integrierten Zuleitungseinrichtung aus dem Inneren und durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch direkt zu der (den) jeweils höchst beanspruchten Kontaktzone(n) bzw. Bearbeitungszone(n) geleitet. Durch diese Mediumszufuhr durch das Werkzeug hindurch wird dieses zwar geschwächt, aber die Bearbeitungsvorteile beim Warmbearbeiten des Werkstücks überwiegen, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitungszeiten, die Energiebilanz etc.
Ferner gestattet die Erfindung, dass das Werkzeug hindurch gezielt gekühlt und geschmiert wird, während das noch warme oder heiße Werkstück hierbei nahezu unbeeinflusst bleibt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Erfindung versucht, eine Abkühlung und hierdurch bedingt eine mögliche
Gefügeveränderung und Eigenschaftsänderungen am Werkstück zu unterdrücken und zu vermeiden.
Diese in das Bearbeitungswerkzeug integrierte Zuleitungseinrichtung kann in Form eines Kanals oder einer vorbestimmten Materialporosität des Bearbeitungswerkzeugs zur Kontaktzone mit dem Werkstück hin und/oder in Form einer Kapillaren ausgelegt sein.
Die Kapillarität oder die Porosität sind hierbei derart zu wählen, dass durch die Kombination aus dem Druck des Wirkmediums und der Größe der Kapillarität oder Porosität ein Eindringen des Werkstückwerkstoffs unterdrückt und vermieden wird.
Um eine Schwächung des Bearbeitungswerkzeugs möglichst gering zu halten, wird bevorzugt eine Materialporosität als Zuleitungseinrichtung oder eine Kapillare gewählt.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Bearbeitungswerkzeugs ist die Tatsache, dass das Wirkmedium gezielt auf die höchst beanspruchte Kontaktstelle bzw. die Bearbeitungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück gerichtet wird und in das Bearbeitungswerkzeug selbst derart integriert ist, dass das Wirkmedium durch das Bearbeitungswerkzeug hindurchgeht. Ferner wird bei der Erfindung ein Wirkmedium eingesetzt, das tatsächlich unmittelbar in dem hochbeanspruchten oder höchst beanspruchten Bearbeitungsbereich gezielt zur Einwirkung gebracht wird, wobei das Wirkmedium von Luft, Gasen, insbesondere reaktiven Gasen, inerte Gase oder Schutzgase,
Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon gebildet wird.
Dank der direkten Durchleitung des fluiden Wirkmediums zu der höchst beanspruchten Kontaktzone lässt sich die Menge des einzuleitenden fluiden Wirkmediums reduzieren und man erhält günstigere Bearbeitungskräfte in der Bearbeitungszone von Werkzeug und Werkstück, wodurch sich die Materialbearbeitung mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeugs effektiver und kostengünstiger darstellen lässt.
Je nach vorzunehmender Bearbeitung kann dann ein hierfür geeignetes Wirkmedium gewählt werden.
Das Bearbeitungswerkzeug wirkt auf das Werkstück in seinem nach Maßgabe des Werkstückmaterials vorgegebenen warmen Zustand ein. Materialabhängig kann der Temperaturbereich in diesem warmen Zustand zwischen 100° C und 1.250° C liegen.
Erfindungsgemäß wird das Bearbeitungswerkzeug mit der integrierten Zufuhr für ein Wirkmedium zum Zerspanen, insbesondere beim Warmzerspanen, beim Trennen, insbesondere Schneiden/Scheren, Stanzen oder beim Pressen, insbesondere Kaltfließpressen, Halbwarm-Fließpressen, Schmieden oder Tiefziehen eingesetzt.
Wesentlich bei allen diesen Anwendungsfällen ist die Tatsache, dass das fluide oder gasförmige Wirkmedium unmittelbar zu der höchst beanspruchten
Wirkzone am Bearbeitungswerkzeug durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch zu dem Werkstück geleitet werden kann. Hierdurch wird das Wirkmedium unmittelbar zu der Stelle geleitet, an der es für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird.
Selbstverständlich sind für die Zuleitungseinrichtung auch Kombinationen aus- Kapillare und Materialporosität möglich.
Zusammenfassend ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung wesentlich, dass zum effektiven Bearbeiten, insbesondere Warmbearbeiten, eines Werkstücks in das Werkzeug integriert ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium vom Inneren des Werkzeugs durch das Werkzeug hindurch zu der höchst beanspruchten Kontaktzone des Werkzeugs mit der Werkstückseite gezielt gerichtet werden kann. Die Einspeisung des fluiden oder gasförmigen Wirkmediums kann mittels Hochdruck, beispielsweise größer als 2000 bar erfolgen. Die Bearbeitungswerkzeuge können aus allen hierfür üblichen Materialien gebildet werden, insbesondere Hartmetall und Keramik.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Zeichnung gilt:
Figuren 1 und 2 zeigen in schematischen Ansichten die erfindungsgemäße
Auslegung eines Bearbeitungswerkzeugs für eine zerspanende Bearbeitung,
Figuren 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Bearbeitungswerkzeug für eine Werkstückbearbeitung in Form von Trennen, wie- Schneiden/Scheren oder Stanzen, und Figuren 5 und 6 zeigen ein erfindungsgemäßes Werkzeug in schematischer Schnittdarstellung bei der Anwendung des Pressens, insbesondere Fließpressens.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele haben keinerlei beschränkenden Charakter, und es sind selbstverständlich auch noch weitere Bearbeitungsanwendungen, wie Bohren etc. von Werkstücken für den Fachmann denkbar. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch dort verwirklichen.
Die Figuren 1 und 2 beziehen sich auf das Zerspanen, bei dem ein Warmzerspanen als eine spangebende Bearbeitung eines Werkstücks 2 ausgeführt wird. Ein Bearbeitungswerkzeug in Form eines Zerspanungswerkzeug 1 wirkt an einer Kontaktzone 5 auf das Werkstück 2 ein und es wird ein Span 3 erzeugt. Das Bearbeitungswerkzeug bzw. das Zerspanungswerkzeug 1 hat eine darin integrierte Zuleitungseinrichtung 4 für ein fluides Wirkmedium, .welches integriert von der Innenseite des Bearbeitungswerkzeugs 1 in dem gezeigten Beispiel über einen kanalförmigen Abschnitt 4 und/oder eine Kapillare 6 durch das Werkzeug 1 hindurch zu der höchst beanspruchten Kontaktzone von Werkzeug 1 und Werkstück 2 geleitet wird. Hierdurch kann das Wirkmedium gezielt an der höchst beanspruchten Wirkzone zur Einwirkung gebracht werden.
Bei der Auslegung nach Figur 2 ist die Zuleitungseinrichtung 4 in Form einer vorbestimmten Porosität 7 des Bearbeitungswerkzeuges 1 selbst in Richtung zur höchst beanspruchten Kontaktzone 5 von Werkzeug 1 und Werkstück 2 gewählt und in geeigneter Weise eingestellt. Auch hierdurch erfolgt eine gezielte Einwirkung des Wirkmediums an der Kontaktzone 5 oder am Bearbeitungsbereich am Werkstück 2. Die Kombination aus dem Druck des Wirkmediums und der Größe der Kapillarität oder Porosität ist hierbei derart zu wählen, dass wirksam ein Eindringen des Werkstückwerkstoffes vermieden wird.
Die Figuren 3 und 4 befassen sich mit dem Trennen, wie Schneiden/Scheren oder Stanzen zur Bearbeitung eines Werkstücks 2. Bei dieser Bearbeitung hat man ein zweiteiliges Bearbeitungswerkzeug, nämlich einerseits einen Schneidstempel 1 ' und andererseits eine Schneidmatrize 1 ". Diese beiden Bearbeitungswerkzeugteile 1', 1 " wirken an der höchst beanspruchten Kontaktzone 5 mit dem Werkstück 2 auf die entsprechend gewünschte Weise ein. Zu den höchst beanspruchten Kontaktzonen 5 von Bearbeitungswerkzeug 1', 1 " und Werkstück 2 nach Figur 3 wird das Wirkmedium integriert durch das jeweilige Werkzeugteil 1 ', 1 " hindurch und unmittelbar der Kontaktzone 5 zugeleitet und zwar in Figur 3 mittels einer Kapillaren 6 und in Figur 4 mittels einer entsprechenden Porosität 7.
Die Figuren 5 und 6 befassen sich als Anwendungsbeispiel mit dem Pressen, insbesondere Kaltfließpressen, Halbwarm-Fließpressen, Schmieden oder Tiefziehen. Ein Press-Bearbeitungswerkzeug umfasst eine Matrize 10 und einen press-Stempel 11. In der unmittelbaren Kontaktzone 5 oder der Bearbeitungswirkzone von Press-Stempel 11 und Werkstück 2 wird diese höchst beanspruchte Kontaktzone integriert in den Press-Stempel 1 1 und durch diesen hindurch falls erforderlich ein fluides Wirkmedium zugeleitet. In Figur 5 erfolgt die Zuleitung mittels einer Kapillaren 6 und in Figur 6 mit einer geeigneten Porosität 7 in Richtung des höchst beanspruchten Kontaktbereichs des Press-Stempels 1 1.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten der Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

Bearbeitungswerkzeug Patentansprüche
1. Bearbeitungswerkzeug (1 , V, 1"; 11) mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone (5) mit einem Werkstück (2), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungswerkzeug (1 , 1', 1"; 11) eine Zuleitungseinrichtung (4) integriert ist, welche ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium aus dem Inneren und durch das Bearbeitungswerkzeug (1 , 1 ', 1"; 11) hindurch möglichst direkt auf die höchst beanspruchte Kontaktzone (5) mit der Werkstückseite beim Warmbearbeiten richtet.
2. Bearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungseinrichtung (4) in Form eines Kanals oder einer vorbestimmten Materialporosität (7) des Bearbeitungswerkzeugs (1 , 1 ', 1"; 11) zur höchst beanspruchtenKontaktzone (5) mit dem Werkstück (2) , und/oder in Form einer Kapillaren (6) ausgelegt ist.
3. Bearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Wirkmedium von Luft, Gasen, insbesondere reaktiven Gasen, inerten Gasen oder Schutzgasen,
Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon gebildet wird.
4. Bearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (1 , 1', 1'; 11) auf das Werkstück (2) in seinem nach Maßgabe des Werkstückmaterials vorgegebenen warmen Zustand einwirkt.
5. Bearbeitungswerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (1 , 1 ', 1 "; 11) beim Zerspanen, insbesondere bei der Warmzerspanung, beim Trennen, insbesondere Schneiden/Scheren, Stanzen oder beim Pressen, insbesondere Kaltfließpressen, Halbwarm-Fließpressen, Schmieden oder Tiefziehen einsetzbar ist.
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