DE102011108912A1 - Segmented press hardening tool - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Presshärtewerkzeug (100) zum Herstellen gehärteter Blechformteile aus einem Stahlblechmaterial (400), umfassend wenigstens zwei Werkzeugteile, die in einer Arbeitsrichtung (D) relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer in Arbeitsrichtung (D) wirkenden Presskraft (F) ein erwärmtes Stahlblechmaterial (400) geformt und abgekühlt und hierbei gehärtet werden kann. Es ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Werkzeugteile (220) segmentiert ausgebildet ist und wenigstens ein erstes Segment (221) mit einem sich quer zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt und wenigstens ein zweites Segment (223) mit einem sich steil zur Arbeitsrichtung (D) erstreckenden Formabschnitt aufweist, wobei das erste Segment (221) beweglich am betreffenden Werkzeugteil (220) angeordnet ist und beim Überschreiten einer bestimmten Presskraft (F) entgegen der aufgebrachten Presskraft (F) nachgeben kann (A), um hierdurch ein weiteres Zusammenfahren der Werkzeugteile und ein damit einhergehendes verstärktes Andrücken (B, C) des zweiten Segments (223) an das Stahlblechmaterial (400) zu ermöglichen.The invention relates to a press hardening tool (100) for producing hardened sheet metal parts from a sheet steel material (400), comprising at least two tool parts which are movable relative to one another in a working direction (D) and between which by applying a pressing force (F) acting in the working direction (D) ) a heated sheet steel material (400) can be formed and cooled and thereby hardened. It is provided that at least one of the tool parts (220) is formed segmented and at least a first segment (221) with a transversely to the working direction (D) extending mold portion and at least a second segment (223) with a steep to the working direction (D ), wherein the first segment (221) is movably disposed on the respective tool part (220) and can yield when exceeding a certain pressing force (F) against the applied pressing force (F) (A), thereby further moving the tool parts together and allowing associated increased pressure (B, C) of the second segment (223) on the steel sheet material (400).
Description
Die Erfindung betrifft ein Presshärtewerkzeug zum Herstellen gehärteter Blechformteile aus einem härtbaren Stahlblechmaterial.The invention relates to a press hardening tool for producing hardened sheet metal parts from a hardenable steel sheet material.
Presshärtewerkzeuge zum Herstellen gehärteter Blechformteile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Presshärtewerkzeuge umfassen wenigstens zwei Werkzeugteile, die in einer Arbeitsrichtung relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer Presskraft ein erwärmtes Stahlblechmaterial geformt und in der Regel gleichzeitig abgekühlt wird, wodurch nach den bekannten metallurgischen Mechanismen eine Erhöhung der Festigkeit eintritt.Press hardening tools for producing hardened sheet metal parts are known from the prior art. Such press hardening tools comprise at least two tool parts which are movable relative to one another in a working direction and between which a heated sheet steel material is formed and, at the same time, cooled simultaneously under application of a pressing force, whereby an increase in strength occurs according to the known metallurgical mechanisms.
Um eine bestmögliche Abkühlung und in eine gute Formhaltigkeit zu erzielen, ist beim Presshärtevorgang ein vollflächiges Anliegen des Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen der Werkzeugteile erforderlich. Dieses vollflächige Anliegen wird in der Regel durch ein aufwändiges Einarbeiten des Presshärtewerkzeugs erreicht. In der Praxis kann jedoch trotz dieses Einarbeitens ein vollflächiges Anliegen des Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen, insbesondere in steilen Bereichen (d. h. steil bezüglich der Arbeitsrichtung), nicht zuverlässig gewährleistet werden, was z. B. auf einen zunehmenden Werkzeugverschleiß und/oder auf unregelmäßige Dickenverteilungen des Stahlblechmaterials zurückzuführen ist.In order to achieve the best possible cooling and in a good shape retention, a full-surface concerns of the steel sheet material to the tool acting surfaces of the tool parts is required during the press hardening process. This full-surface concern is usually achieved by a complex incorporation of the press-hardening tool. In practice, however, despite this incorporation, a full-surface concerns of the steel sheet material on the tool effective surfaces, especially in steep areas (i.e., steep with respect to the working direction), can not be reliably guaranteed, which z. B. is due to increasing tool wear and / or irregular thickness distributions of the steel sheet material.
Diese Problematik ist bereits in der
Nachteilig bei dem in der
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Presshärtewerkzeug anzugeben, dass die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest nur in vermindertem Umfang aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a press-hardening tool that does not have the abovementioned disadvantages or at least only to a lesser extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Presshärtewerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale und Merkmalskombinationen betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs.This object is achieved by a press-hardening tool according to the invention having the features of claim 1. The features and feature combinations specified in the dependent claims relate to preferred refinements and developments of the press-hardening tool according to the invention.
Das erfindungsgemäße Presshärtewerkzeug umfasst wenigstens zwei Werkzeugteile die in einer Arbeitsrichtung relativ zueinander verfahrbar sind und zwischen denen unter Aufbringung einer in Arbeitsrichtung wirkenden Presskraft ein erwärmtes Stahlblechmaterial geformt (unter einer Formung des Stahlblechmaterials wird ein Umformen und/oder Formhalten verstanden, wie nachfolgend noch näher erläutert) und abgekühlt und hierbei in bekannter Weise gehärtet werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Werkzeugteile zumindest teilweise segmentiert ausgebildet ist und wenigstens ein erstes Segment mit einem sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt und wenigstens ein zweites Segment mit einem sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist, wobei das erste Segment beweglich am betreffenden Werkzeugteil angeordnet ist und beim Überschreiten einer bestimmten Presskraft entgegen dieser aufgebrachten Presskraft nachgeben bzw. zurückweichen kann, um hierdurch ein weiteres Zusammenfahren der Werkzeugteile und ein damit einhergehendes verstärktes Andrücken des zweiten Segments an das Stahlblechmaterial zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Presshärtewerkzeug kann für die gleichzeitige Herstellung mehrerer gehärteter Blechformteile ausgebildet sein. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeug auch das Herstellen partiell gehärteter Blechformteile möglich.The press-hardening tool according to the invention comprises at least two tool parts which are movable relative to one another in a working direction and between which a heated steel sheet material is formed by application of a pressing force acting in the working direction (shaping of the sheet steel material is understood as forming and / or holding, as explained in more detail below). and cooled and this can be cured in a known manner. According to the invention, at least one of the tool parts is formed at least partially segmented and has at least a first segment with a transverse to the working direction extending form portion and at least a second segment with a steeply extending to the working direction form portion, wherein the first segment movable on the respective tool part is arranged and give in against a given pressing force against this applied pressing force or can retreat, thereby enabling further movement of the tool parts and a concomitant increased pressing of the second segment to the steel sheet material. The press-hardening tool according to the invention can be designed for the simultaneous production of a plurality of hardened sheet-metal shaped parts. Furthermore, the production of partially hardened sheet-metal shaped parts is also possible with the press-hardening tool according to the invention.
Um die Kühlung des Stahlblechmaterials beim Presshärtevorgang zu bewerkstelligen ist bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens ein Werkzeugteil und insbesondere auch das segmentiert ausgebildete Werkzeugteil als kühlbares Werkzeugteil ausgebildet ist, wozu dieses Werkzeugteil mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur Kühlung oder zumindest bereichsweisen Kühlung der Werkzeugwirkfläche ausgestattet ist. Insbesondere ist auch wenigstens ein zweites Segment mit wenigstens einer Kühleinrichtung (bspw. Kühlkanälen) ausgebildet.In order to accomplish the cooling of the steel sheet material during the press hardening process, it is preferably provided that at least one tool part and in particular also the segmented tool part is designed as a coolable tool part, for which purpose this tool part is equipped with at least one cooling device for cooling or at least partially cooling the tool effective surface. In particular, at least one second segment is formed with at least one cooling device (eg cooling channels).
Die Segmente eines segmentiert ausgebildeten Werkzeugteils weisen jeweils einen Formabschnitt auf. Unter einem Formabschnitt wird ein zu einer Werkzeugwirkfläche gehörender Oberflächenabschnitt verstanden, der beim Presshärtevorgang unmittelbar mit dem Stahlblechmaterial in Berührungskontakt gelangt. Dieser Formabschnitt kann eben oder mit einer räumlichen Formgebung ausgebildet sein. Unter einem sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt wird insbesondere ein Oberflächenabschnitt (der Werkzeugwirkfläche) verstanden, der sich im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsrichtung erstreckt. Unter einem sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt wird insbesondere ein Oberflächenabschnitt (der Werkzeugwirkfläche) verstanden, der sich im Wesentlichen in einem Winkel von 0° bis 15° zur Arbeitsrichtung erstreckt. Zur Beurteilung der Erstreckung bzw. Ausrichtung eines Formabschnitts ist gegebenenfalls eine mathematische Ausgleichsfläche für den betreffenden Oberflächenabschnitt zu betrachten. Die Segmente eines segmentiert ausgebildeten Werkzeugteils sind bevorzugt derart ausgebildet und angeordnet, dass deren Formabschnitte zu jedem Zeitpunkt des Presshärtevorgangs eine im Wesentlichen spaltfreie Werkzeugwirkfläche ausbilden.The segments of a segmented trained tool part each have a mold section. A molding section is understood to mean a surface area belonging to a tool effective area, which is directly connected to the steel sheet material during the press hardening process Contact touch arrives. This shape portion may be flat or formed with a spatial shape. A form section extending transversely to the working direction is understood to mean, in particular, a surface section (the tool active surface) which extends substantially perpendicularly to the working direction. Under a steeply extending to the working direction of the mold section is in particular a surface portion (the tool acting surface) understood, which extends substantially at an angle of 0 ° to 15 ° to the working direction. To assess the extension or alignment of a mold section, a mathematical compensation surface for the surface section in question may be considered. The segments of a segmented tool part are preferably designed and arranged such that their mold sections form a substantially gap-free tool effective area at each point in time of the press hardening process.
Indem beim Presshärtevorgang wenigstens ein erstes Segment beim Überschreiten einer bestimmten bzw. definierten Presskraft entgegen dieser aufgebrachten Presskraft nachgeben bzw. zurückweichen kann, können die Werkzeugteile des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs (ohne nennenswerte Erhöhung der aufgebrachten Presskraft) noch weiter zusammen gefahren werden (in der Größenordnung weniger Hunderstel oder Zehntel Millimeter), wodurch in den steilen Bereichen die Oberflächenabschnitte der gegenüberliegenden bzw. korrespondierenden Werkzeugwirkflächen in Arbeitsrichtung aufeinander zu bewegt werden. Durch die erfindungsgemäßen werkzeugbaulichen Maßnahmen kann somit auch in den zur Arbeitsrichtung steilen Bereichen (bspw. in den Zargenbereichen) ein zum Formen und Abkühlen ausreichendes flächiges Anliegen des zu härtenden Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen mit einer hiermit einhergehenden hohen Flächenpressung (insbesondere im Verhältnis zu konventionellen Presshärtewerkzeugen) erreicht werden.By at least a first segment yielding or shrinking against this applied pressing force in the press hardening process when exceeding a certain or defined pressing force, the tool parts of the press-hardening tool according to the invention (without appreciable increase of the applied pressing force) can be moved even further together (in the order of a few hundredths or tenths of a millimeter), whereby in the steep areas, the surface portions of the opposing or corresponding tool acting surfaces are moved towards each other in the working direction. By means of the tool-making measures according to the invention, it is thus also possible to provide the sheet-metal material to be hardened with sufficient force to mold and cool in the areas steep to the working direction (for example in the frame areas) with a high surface pressure (in particular in relation to conventional press-hardening tools). be achieved.
Im Gegensatz zu dem aus der
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl das erste Segment als auch das zweite Segment an einer zum betreffenden Werkzeugteil gehörenden Grundplatte befestigt sind, wobei das erste Segment (das einen sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist) direkt oder indirekt federnd an dieser Grundplatte abgestützt ist. Durch die federnde Abstützung des ersten Segments an einer Grundplatte bleibt der sich quer zur Arbeitsrichtung erstreckende Formabschnitt dauerhaft, d. h. insbesondere auch beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile, mit dem Stahlblechmaterial in Berührungskontakt und bringt ferner eine definierte Druckkraft bzw. Flächenpressung auf das Stahlblechmaterial auf. Ferner können lokal auftretende übermäßige Presskräfte abgebaut werden, die zu Blechformteilfehlern und/oder zu Beschädigungen am Presshärtewerkzeug führen könnten.It is preferably provided that both the first segment and the second segment are fastened to a base plate belonging to the respective tool part, wherein the first segment (which has a form section extending transversely to the working direction) is supported directly or indirectly resiliently on this base plate. Due to the resilient support of the first segment to a base plate extending transversely to the direction of the mold section remains permanent, d. H. in particular also during the further movement of the tool parts, with the steel sheet material in touching contact and also brings a defined compressive force or surface pressure on the steel sheet material. Furthermore, locally occurring excessive pressing forces can be reduced, which could lead to sheet metal molding errors and / or damage to the press hardening tool.
Die federnde Abstützung eines ersten Segments kann z. B. durch mechanische Federn, wie bspw. Tellerfedern, bewerkstelligt werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die federnde Abstützung eines ersten Segments durch wenigstens eine Gasdruckfeder und insbesondere durch wenigstens eine Stickstofffeder bewerkstelligt wird. Solche Gasdruckfedern bzw. Stickstofffedern sind als Zukaufteile erhältlich. Der maximale Federweg eines ersten Segments relativ zur Grundplatte kann zwischen 0,5 mm und 1,5 mm und insbesondere in etwa 1,0 mm betragen. Der maximale Federweg kann in beiden Richtungen durch einen mechanischen Anschlag begrenzt sein.The resilient support of a first segment can, for. B. by mechanical springs, such as. Belleville springs, be accomplished. Particularly preferably, it is provided that the resilient support of a first segment is accomplished by at least one gas spring and in particular by at least one nitrogen spring. Such gas springs or nitrogen springs are available as purchased parts. The maximum travel of a first segment relative to the base plate may be between 0.5 mm and 1.5 mm, and in particular approximately 1.0 mm. The maximum travel can be limited in both directions by a mechanical stop.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein zweites Segment (das einen sich steil zur Arbeitsrichtung erstreckenden Formabschnitt aufweist) als Schieber ausgebildet ist, wobei dieses als Schieber ausgebildete zweite Segment beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile in einer Richtung quer zur Arbeitsrichtung verschoben wird und hierbei quasi aktiv verstärkt gegen das Stahlblechmaterial gedrückt wird. Hierdurch wird das Stahlblechmaterial lokal in diesem Bereich verstärkt an die korrespondierende Werkzeugwirkfläche des gegenüberliegenden Werkzeugteils angedrückt, womit ein zum Formen und Abkühlen optimales flächiges Anliegen des zu härtenden Stahlblechmaterials an den Werkzeugwirkflächen mit einer hiermit einhergehenden optimalen Flächenpressung erreicht werden kann. Der hierbei stattfindende Schieberhub kann z. B. im Bereich von wenigen Hunderstel bis zu mehreren Zehntel Millimetern liegen.It is particularly preferred that at least one second segment (which has a steeply extending to the working direction mold section) is designed as a slide, which is designed as a slide second segment is moved during further movement of the tool parts in a direction transverse to the direction and this quasi active is pressed against the steel sheet material reinforced. As a result, the sheet steel material is pressed locally in this area reinforced to the corresponding tool effective surface of the opposite tool part, which can be achieved for shaping and cooling optimal surface contact of the sheet steel to be hardened material to the mold surfaces with an associated herewith optimal surface pressure. The case taking place slide stroke z. B. in the range of a few hundredths to several tenths of a millimeter.
Zur mechanischen Betätigung eines als Schieber ausgebildeten zweiten Segments kann das betreffende Werkzeugteil wenigstens einen Treiber aufweisen. Dieser Treiber kann als Treiberklotz ausgebildet sein, der direkt oder indirekt an der Werkzeuggrundplatte des betreffenden Werkzeugsteils befestigt ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Treiber bzw. Treiberklotz und das als Schieber ausgebildete zweite Segment mit korrespondierenden Schrägflächen ausgebildet sind, die beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeugteile des Presshärtewerkzeugs aufeinander abgleiten, worüber in bekannter Weise das Verschieben des als Schieber ausgebildeten zweiten Segments bewerkstelligt wird.For the mechanical actuation of a second segment designed as a slide, the relevant tool part can have at least one driver. This driver can be designed as a driver block, directly or indirectly on the tool base plate of the relevant tool part is attached. In particular, it is provided that the driver or driver block and formed as a slider second segment are formed with corresponding inclined surfaces, which slide on each other when moving the tool parts of the press hardening tool, about which in a known manner the displacement of the slider formed as a second segment is accomplished.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das als Schieber ausgebildete zweite Segment wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist. Eine solche Kühleinrichtung können z. B. im zweiten Segment eingearbeitete Kühlkanäle sein, die von einem Kühlmedium durchströmt werden können. Durch diese Maßnahme kann auch in steilen Bereichen eine optimale Abkühlung des Stahlblechmaterials beim Presshärtevorgang bewerkstelligt werden.Furthermore, it is preferably provided that the second segment designed as a slide has at least one cooling device. Such a cooling device can, for. B. be incorporated in the second segment cooling channels, which can be traversed by a cooling medium. By this measure, an optimal cooling of the steel sheet material during press hardening process can be accomplished even in steep areas.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeugs sieht vor, dass nur ein Werkzeugteil und insbesondere nur die Matrize segmentiert ausgebildet ist. Ein solches Presshärtewerkzeug wird im Weiteren im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.A particularly preferred embodiment of the press-hardening tool according to the invention provides that only one tool part and in particular only the die is segmented. Such a press-hardening tool will be explained in more detail below in connection with the figures.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in nicht einschränkender Weise aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung anhand der schematischen Figuren.Further features and advantages of the invention will become apparent in a non-restrictive manner from the following exemplary description with reference to the schematic figures.
Das obere Werkzeugteil (Oberwerkzeug)
Das erste Segment
Die zweiten Segmente
Das untere Werkzeugteil (Unterwerkzeug)
Zum Herstellen eines gehärteten Blechformteils wird ein erwärmtes Stahlblechmaterial in das geöffnete Presshärtewerkzeug
Befindet sich die Matrize
Das weitere Zusammenfahren der Werkzeugteile
Ferner kommt es aufgrund des durch Einfedern der Gasdruckfedern
Im Übrigen überlagert sich die Verschiebebewegung B der als Schieber ausgebildeten zweiten Segmente
Nach dem Abkühlen des Stahlblechmaterials
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- PresshärtewerkzeugPress hardening tool
- 200200
- oberes Werkzeugteil (Oberwerkzeug)upper tool part (upper tool)
- 210210
- obere Grundplatteupper base plate
- 220220
- Matrizedie
- 221221
- erstes Segmentfirst segment
- 222222
- Formabschnitt (erstes Segment)Molding section (first segment)
- 223223
- zweites Segment/Schiebersecond segment / slider
- 224224
- Formabschnitt (zweites Segment)Molding section (second segment)
- 225225
- Distanzstückspacer
- 230230
- Kühleinrichtung, KühlkanäleCooling device, cooling channels
- 240240
- Treiberdriver
- 250250
- Gleitplattesliding plate
- 260260
- GasdruckfederGas spring
- 300300
- unteres Werkzeugteil (Unterwerkzeug)lower tool part (lower tool)
- 310310
- untere Grundplattelower base plate
- 320320
- Stempelstamp
- 330330
- Kühleinrichtung, KühlkanäleCooling device, cooling channels
- 400400
- StahlblechmaterialSteel sheet material
- AA
- Rückweichbewegung (des ersten Segments)Back-off movement (of the first segment)
- BB
- Verschiebebewegung (des zweiten Segments)Movement movement (of the second segment)
- CC
- resultierende Schieberbewegungresulting slider movement
- DD
- Arbeitsrichtungworking direction
- FF
- Presskraftpressing force
- yy
- Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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