DE102009056405A1

DE102009056405A1 - Forming device has forming tool, in which workpiece to be deformed is inserted, where forming tool has pressure medium connection for applying forming pressure on workpiece

Info

Publication number: DE102009056405A1
Application number: DE200910056405
Authority: DE
Inventors: Heingerd Dipl.-Ing. Detjen; Kai-Uwe Dr.-Ing. Dudziak; Jürgen Dipl.-Ing. Gade
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The forming device (1) has a forming tool (2), in which a workpiece (4) to be deformed is inserted. The forming tool has a pressure medium connection for applying a forming pressure on the workpiece. A matrix (5) is formed from a porous material (7) which receives and discharges a medium that is accumulated by the formation of the workpiece between the workpiece and the matrix.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a forming device with a forming tool according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 101 39 135 A1 ist eine gattungsgemäße Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug bekannt, in welches ein zu verformendes Werkstück einbringbar ist und wobei das Umformwerkzeug einen Druckmittelanschluss zum Aufbringen eines Umformdrucks auf das Werkstück aufweist. Zugleich weist das Umformwerkzeug eine Matrize auf, an welche sich das zu verformende Werkstück während des Umformvorgangs anlegt. Ein Umformen des Werkstücks erfolgt dabei durch Aufbringen eines sehr hohen Drucks, wobei stets die Gefahr bestehen kann, dass beispielsweise Luft in lokalen Bereichen zwischen dem umzuformenden Werkstück und der Matrize eingeschlossen wird, wodurch sich das umzuformende Werkstück in diesen Bereichen nicht vollständig an die Matrize anlegt und dadurch Maßungenauigkeiten entstehen.From the DE 101 39 135 A1 a generic forming device with a forming tool is known, in which a workpiece to be deformed can be introduced and wherein the forming tool has a pressure medium connection for applying a forming pressure on the workpiece. At the same time, the forming tool has a die on which the workpiece to be deformed applies during the forming process. A deformation of the workpiece is carried out by applying a very high pressure, which can always be the risk that, for example, air is trapped in local areas between the workpiece to be reshaped and the die, whereby the workpiece to be reshaped in these areas does not completely applied to the die and thereby dimensional inaccuracies arise.

Um derartige Maßungenauigkeiten zuverlässig verhindern zu können, weist die Umformeinrichtung eine Entlüftungsleitung auf, mit der die Umgebung in Verbindung steht. Bei sehr empfindlichen Bauteilen, wie beispielsweise Bipolarplatten mit einer sehr geringen Blechdicke von 0,1 mm, würden sich jedoch – abhängig von einem Bohrungsdurchmesser – entsprechende Abzeichnungen am umzuformenden Werkstück, das heißt insbesondere an der umzuformenden Bipolarplatte, ergeben, wodurch ein einwandfreies Umformen nicht mehr gewährleistet werden kann.In order to reliably prevent such dimensional inaccuracies, the forming device has a vent line, with which the environment is in communication. For very sensitive components, such as bipolar plates with a very small thickness of 0.1 mm, however, would - depending on a bore diameter - corresponding marks on the workpiece to be reshaped, that is, in particular on the reshaped bipolar plate, resulting in a perfect forming no longer can be guaranteed.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Umformeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch ein exaktes und einwandfreies Umformen sehr dünnwandiger Werkstücke ermöglicht.The present invention therefore deals with the problem of providing a reforming device of the generic type, an improved or at least one alternative embodiment, which in particular also allows an accurate and proper forming of very thin-walled workpieces.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claim.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest einen Teil einer Matrize eines Umformwerkzeuges aus einem porösen Material auszubilden, das in der Lage ist, ein während eines Umformvorganges sich zwischen einem umzuformenden Werkstück und der Matrize sammelnde Medium aufzunehmen bzw. abzuleiten, so dass sich das umzuformende Werkstück während des Umformvorgangs vollständig und sauber an die Matrize anlegen und dadurch ein einwandfreier Umformvorgang gewährleistet werden kann. Das Umformwerkzeug ist dabei Teil einer Umformeinrichtung, wobei das Umformwerkzeug einen Druckmittelanschluss zum Aufbringen des Umformdrucks auf das Werkstück aufweist. Die Matrize besitzt üblicherweise eine Vertiefungen aufweisende Gravur, an welche sich das zu verformende Werkstück bei Druckbeaufschlagung anlegt. Die Matrize ist dabei erfindungsgemäß zumindest in Bereichen, in welchen die Gefahr eines unerwünschten Medieneinschlusses besteht, aus einem porösen Material ausgebildet, so dass das sich dort während des Umformvorganges eingeschlossene Medium, beispielsweise Luft, in das poröse Material verflüchtigen oder über diese abgeleitet werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Umformeinrichtung ist dabei insbesondere ein Umformen von sehr dünnwandigen Bauteilen auf höchstem Niveau möglich, da anders als bei Entlüftungsbohrungen bei den zumindest teilweise aus einem porösen Material ausgebildeten Matrizen nicht die Gefahr besteht, dass sich durch die Entlüftungsbohrungen am umzuformenden Werkstück entsprechende Abzeichnungen ergeben.The present invention is based on the general idea of forming at least a part of a die of a forming tool made of a porous material, which is able to absorb a medium collecting during a forming process between a workpiece to be formed and the die, so that The workpiece to be formed during the forming process completely and cleanly applied to the die and thus a perfect forming process can be ensured. The forming tool is part of a forming device, wherein the forming tool has a pressure medium connection for applying the forming pressure to the workpiece. The die usually has a recess having engraving, which is applied to the workpiece to be deformed when pressurized. According to the invention, the die is formed of a porous material, at least in regions in which there is a risk of undesired media inclusion, so that the medium enclosed there, for example air, during the forming process can volatilize or be diverted into the porous material. With the forming device according to the invention in particular a reshaping of very thin-walled components at the highest level is possible because unlike vent holes in the at least partially formed of a porous material matrices there is no risk that result in the reshaping holes on the workpiece to be formed corresponding marks.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der poröse Bereich der Matrize aus einem Sintermetall gebildet. Ein derartiges Sintermetall weist eine Porenstruktur auf, die die Aufnahme des Mediums, beispielsweise als Speicher, oder aber auch eine Ableitung desselben, beispielsweise nach außen, ermöglicht. Beim Sintern werden üblicherweise Pulvermassen zunächst derart geformt, dass wenigstens ein minimaler Zusammenhalt der Pulverpartikel gegeben ist. Der so vorgepresste Grünling wird im Anschluss durch Wärmebehandlung unterhalb der Schmelztemperatur verdichtet und ausgehärtet. Die Herstellung des Grünlings erfolgt üblicherweise entweder durch ein Verpressen von Pulvermassen oder durch Formung und anschließendes Trocknen. Der Sintervorgang an sich läuft in drei Stadien ab, während deren sich die Porosität und das Volumen des Grünlings deutlich verringert. Innerhalb dieser drei Stadien kann direkt Einfluss auf die Porosität und die Festigkeit des herzustellenden Sintermaterials genommen werden, so dass die Matrize in den erforderlichen Bereichen individuell beispielsweise auf das umzuformende Werkstück eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind derartige Sintermaterialien heutzutage kostengünstig und in nahezu beliebiger Ausgestaltung erhältlich, wodurch auch ein flexibles Anpassen der Umformeinrichtung an sich verändernde Randbedingungen möglich ist.In an advantageous development of the solution according to the invention, the porous region of the die is formed from a sintered metal. Such a sintered metal has a pore structure, which allows the recording of the medium, for example as a memory, or else a derivative thereof, for example, to the outside. During sintering, powder masses are usually initially shaped such that at least a minimum cohesion of the powder particles is present. The pre-pressed green compact is then compacted by heat treatment below the melting temperature and cured. The production of the green compact is usually carried out either by compressing powder materials or by shaping and subsequent drying. The sintering process itself proceeds in three stages during which the porosity and the volume of the green compact are significantly reduced. Within these three stages, it is possible to directly influence the porosity and the strength of the sintering material to be produced, so that the die in the required areas can be adjusted individually, for example, to the workpiece to be formed. In addition, such sintered materials are nowadays inexpensive and available in almost any configuration, whereby a flexible adaptation of the forming device to changing boundary conditions is possible.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:In each case show schematically:

1 eine erfindungsgemäße Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug und einem darin eingelegten und noch umzuformenden Werkstück, 1 a forming device according to the invention with a forming tool and a workpiece inserted therein and still to be formed,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch während des Umformvorganges, 2 a representation like in 1 but during the forming process,

3 eine Darstellung wie in 2, jedoch kurz vor Ende des Umformvorganges. 3 a representation like in 2 , but shortly before the end of the forming process.

Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Umformeinrichtung 1 ein Umformwerkzeug 2 auf, wovon in den 1 bis 3 jeweils lediglich eine obere Hälfte dargestellt ist. Das Umformwerkzeug 2 besitzt dabei einen Druckmittelanschluss 3 zum Aufbringen eines Umformdrucks auf ein umzuformendes Werkstück 4, beispielsweise eine Bipolarplatte. Darüber hinaus besitzt das Umformwerkzeug 2 eine Matrize 5, an welche sich das zu verformende Werkstück 4 bei einer Druckbeaufschlagung (vgl. die 2 und 3) anlegt. Da es bei einem Umformprozess, wie er gemäß den 2 und 3 dargestellt ist, unter Umständen zu einem Medieneinschluss 6 im Bereich zwischen dem umzuformenden Werkstück 4 und der Matrize 5 kommen kann, ist die Matrize 5 erfindungsgemäß zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildet, das ein sich beim Umformen des Werkstücks 4 zwischen diesem und der Matrize 5 angesammeltes Medium aufnehmen und/oder ableiten kann.According to the 1 to 3 , Has a forming device according to the invention 1 a forming tool 2 on which in the 1 to 3 in each case only an upper half is shown. The forming tool 2 has a pressure medium connection 3 for applying a forming pressure to a workpiece to be formed 4 , for example a bipolar plate. In addition, has the forming tool 2 a die 5 , to which the workpiece to be deformed 4 at a pressurization (see 2 and 3 ) applies. Since it is in a forming process, as he according to the 2 and 3 under certain circumstances to a media inclusion 6 in the area between the workpiece to be formed 4 and the matrix 5 can come is the matrix 5 According to the invention at least partially made of a porous material 7 formed, which is a while forming the workpiece 4 between this and the die 5 accumulate and / or dissipate accumulated medium.

Durch die zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildete Matrize 5 ist somit eine formtreue Anlage des Werkstücks 4 an die Matrize 5 beim Umformprozess zu erreichen, da sich das eingeschlossene Medium im Bereich von beispielsweise Vertiefungen der Matrize 5 problemlos in das Porenvolumen des porösen Materials 7 verdrängen lässt. Denkbar ist dabei, dass das poröse Material 7 in dem Umformwerkzeug 2 abgeschlossen ist, so dass eine Medienaufnahme während des Umformprozesses ausschließlich in dem Porenvolumen des porösen Materials 7 erfolgt. Denkbar ist aber auch, dass das poröse Material 7 über eine optionale Leitung 8, beispielsweise mit einer Umgebung verbunden ist und dadurch den beim Umformprozess auftretenden Druck nach außen ableiten kann. Das poröse Material 7 kann dabei beispielsweise als Sintermetall ausgebildet sein oder ein Sintermetall aufweisen.By at least partially made of a porous material 7 trained template 5 is thus a form-true system of the workpiece 4 to the matrix 5 to achieve the forming process, since the trapped medium in the range of, for example, wells of the die 5 easily into the pore volume of the porous material 7 displace. It is conceivable that the porous material 7 in the forming tool 2 is completed, so that a media intake during the forming process only in the pore volume of the porous material 7 he follows. It is also conceivable that the porous material 7 via an optional line 8th , For example, is connected to an environment and thereby derive the pressure occurring during the forming process to the outside. The porous material 7 can be formed for example as a sintered metal or have a sintered metal.

Mit der erfindungsgemäßen Umformeinrichtung 1 lassen sich insbesondere auch sehr dünnwandige Werkstücke 4, wie beispielsweise Bipolarplatten mit einer Blechdicke von ca. 0,1 mm, exakt umformen, ohne dass befürchtet werden muss, dass zu Abdrücken bzw. Markierungen an einer Werkstückoberfläche kommt, wie dies bei bisher bekannten Druckableitungskanälen der Fall wäre. Insbesondere bei sehr dünnwandigen Werkstücken 4 kann durch die zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildete Matrize 5 auch eine Beschädigung, insbesondere eine Lochung, des Werkstücks 4 verhindern. Eine derartige Lochung kann in Abhängigkeit eines Durchmessers eines Druckableitungskanals unter Umständen auftreten. Ohne die Leitung 8 dient somit das poröse Material 7 als temporärer Druckspeicher, der den durch den Medieneinschluss 6 auftretenden Druck während des Umformprozesses aufnehmen kann. Dadurch, dass das eingeschlossene Medium, beispielsweise Luft, durch das poröse Material 7 abgeführt bzw. temporär aufgenommen, zwischengespeichert werden kann, kann das Werkstück 4 beim Umformprozess durch den dann wirkenden Druck bis an die Oberfläche der Matrize 5 angelegt werden, wodurch maßliche Abweichungen am Werkstück 4 im Vergleich zur Matrize 5 vermieden werden können. Die erfindungsgemäße Umformeinrichtung 1 ermöglicht dabei insbesondere ein formtreues und exaktes Umformen von dünnwandigen Werkstücken 4, ohne dass hierbei befürchtet werden muss, dass diese durch einen direkt an eine Oberfläche der Matrize 5 führenden Druckableitungskanal beeinflusst bzw. beschädigt werden.With the forming device according to the invention 1 In particular, very thin-walled workpieces can be used 4 , such as bipolar plates with a sheet thickness of about 0.1 mm, exactly transform without having to fear that leads to marks or markings on a workpiece surface, as would be the case with previously known pressure discharge channels. Especially with very thin-walled workpieces 4 can by at least partially made of a porous material 7 trained template 5 also a damage, in particular a perforation, of the workpiece 4 prevent. Such a perforation may occur depending on a diameter of a pressure-discharge channel under certain circumstances. Without the line 8th thus serves the porous material 7 as a temporary accumulator, by the media enclosure 6 can absorb occurring pressure during the forming process. Characterized in that the enclosed medium, for example air, through the porous material 7 discharged or temporarily recorded, can be cached, the workpiece 4 During the forming process by the then acting pressure up to the surface of the die 5 be created, causing dimensional variations on the workpiece 4 in comparison to the matrix 5 can be avoided. The forming device according to the invention 1 allows in particular a dimensionally accurate and accurate forming of thin-walled workpieces 4 Without this having to be feared that this by a directly to a surface of the die 5 leading pressure discharge channel influenced or damaged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10139135 A1 [0002]

Claims

Forming device ( 1 ) with a forming tool ( 2 ) into which a workpiece to be deformed ( 4 ) can be introduced, wherein the forming tool ( 2 ) a pressure medium connection ( 4 ) for applying a forming pressure to the workpiece ( 4 ), and a die ( 5 ), to which the workpiece to be deformed ( 4 ) when applying pressure, characterized in that the die ( 5 ) at least partially made of a porous material ( 7 ), which forms during the forming of the workpiece ( 4 ) between the workpiece and the die ( 5 ) can absorb and / or dissipate accumulated medium.

Forming device according to claim 1, characterized in that the porous material ( 7 ) is a sintered metal.