DE102011111583A1

DE102011111583A1 - Heatable tool e.g. die-cast metal tool, useful for molding workpieces, comprises a mask imaging contour of workpiece, a base body interconnected with the mask, and tempering cavities for receiving a tempering medium to temper the workpiece

Info

Publication number: DE102011111583A1
Application number: DE201110111583
Authority: DE
Inventors: Sebastian Findeisen; Hendrik Schulze Niehoff; Marcel Warnig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-08-20
Filing date: 2011-08-20
Publication date: 2013-02-21

Abstract

The heatable tool comprises a mask (2) imaging the contour of a workpiece, a base body (3) interconnected with the mask, and tempering cavities for receiving a tempering medium to temper the workpiece. The tempering cavity is arranged between the base body and the mask, and is formed by a recess (6) arranged in the mask and/or in the base body. A thermally conductive structure (5) made of an open-pored, porous and permeable material is arranged in the tempering cavity, and is firmly bonded with a wall region of the tempering cavity. The heatable tool comprises a mask (2) imaging the contour of a workpiece, a base body (3) interconnected with the mask, and tempering cavities for receiving a tempering medium to temper the workpiece. The tempering cavity is arranged between the base body and the mask, and is formed by a recess (6) arranged in the mask and/or in the base body. A thermally conductive structure (5) made of an open-pored, porous and permeable material is arranged in the tempering cavity, and is firmly bonded with a wall region of the tempering cavity. A distance between a bottom surface of the recess and a bottom surface disposed opposite to the surface of the mask or the base body is not constant. The base body and/or the mask comprises a support unit limiting at the tempering cavity, where the support unit is supported at the opposite surface of the mask or the base body. The heatable tool further comprises an ejector unit arranged within the region of the support unit, an input unit for introducing the tempering medium in the tool, and output units for deriving the tempering medium. The tempering cavity is liquid lockable during molding a workpiece. The base body and the mask are detachably connected together. An independent claim is included for a method of producing a heatable tool such as a die-cast metal tool for molding workpieces.

Description

Die Erfindung betrifft ein temperierbares Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken, insbesondere ein Druckgusswerkzeug, mit einer die Kontur des Werkstücks abbildenden Maske, einem mit der Maske verbundenen Grundkörper und zumindest einem ein Temperiermedium aufnehmenden Temperierhohlraum zum Temperieren des Werkstücks, wobei der Temperierhohlraum zwischen dem Grundkörper und der Maske angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des temperierbaren Werkzeugs.The invention relates to a temperature-controlled tool for shaping workpieces, in particular a die-casting, with a mask of the contour of the workpiece, associated with the mask body and at least one temperature control medium receiving tempering for tempering the workpiece, wherein the tempering cavity between the base body and the Mask is arranged. Furthermore, the invention relates to a method for producing the temperature-controlled tool.

Das erfindungsgemäße Werkzeug ist Teil eines in der Regel aus zwei Werkzeughälften bestehenden, temperierbaren und einen Formhohlraum aufweisenden Formgebungswerkzeugs zur Formgebung von Werkstücken. Die Bezeichnung Werkzeug umfasst dabei zumindest eine der Werkzeughälften. Das temperierbare Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken kann als Druckguss-, Spritzguss- oder Umformwerkzeug ausgebildet sein. Weiterhin kann es zum Warmumformen oder Formhärten von Werkstücken verwendet werden. Das Werkzeug kann in Abhängigkeit der Verwendung mittels des Temperiermediums gekühlt oder erwärmt werden. Als Temperiermedium können Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe verwendet werden.The tool according to the invention is part of a usually consisting of two tool halves, temperature-controlled and a mold cavity having shaping tool for shaping workpieces. The term tool includes at least one of the tool halves. The temperature-controlled tool for shaping workpieces can be designed as a die-cast, injection molding or forming tool. Furthermore, it can be used for hot forming or tempering of workpieces. The tool can be cooled or heated depending on the use of the tempering medium. As a tempering medium liquids, gases or vapors can be used.

Aus der DE 10 2007 005 257 A1 ist eine temperierbare Formmatrize oder Formpatrize zum Formhärten eines Werkstücks bekannt, welche aus zwei Segmenten besteht. Das erste als Formschale ausgebildete Segment gibt dem Werkstück beim Formhärten die Formkontur und das zweite als Kern ausgebildete Segment bildet die Auflage für das erste Segment. Die Berührungsflächen des Kerns und/oder der Formschale weisen Einformungen auf, durch welche beim Zusammenfügen von Kern und Formschale ein Temperierhohlraum entsteht, durch welchen ein fluides Temperiermedium zur Kühlung des Werkstücks geführt wird.From the DE 10 2007 005 257 A1 For example, a temperable forming die or die is known for molding a workpiece, which consists of two segments. The first formed as a shell mold segment gives the workpiece during mold hardening the shape contour and the second formed as a core segment forms the support for the first segment. The contact surfaces of the core and / or the shell mold have recesses, through which a tempering cavity is formed during the assembly of core and shell mold, through which a fluid temperature control medium for cooling the workpiece is performed.

Ein weiteres temperierbares Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken ist aus der DE 10 2006 008 359 B4 bekannt. Das Werkzeug weist eine die Kontur des Werkstücks abbildende und einen Formhohlraum begrenzende Formschale sowie eine mit der Formschale verbundene Verschlussplatte auf. Zwischen der Formschale und der Verschlussplatte ist ein ein Temperiermedium aufnehmender Temperierhohlraum zur Kühlung des Werkstücks vorgesehen.Another temperature-adjustable tool for shaping workpieces is from the DE 10 2006 008 359 B4 known. The tool has a shaping shell which images the contour of the workpiece and delimits a mold cavity, as well as a closure plate connected to the mold shell. Between the mold shell and the closure plate, a temperature control medium receiving temperature control cavity is provided for cooling the workpiece.

Die DE 10 2004 045 155 A1 , die EP 1 749 593 A2 und die EP 1 403 029 A1 beschreiben ebenfalls temperierbare Werkzeuge zur Formgebung von Werkstücken.The DE 10 2004 045 155 A1 , the EP 1 749 593 A2 and the EP 1 403 029 A1 also describe temperature-controlled tools for shaping workpieces.

Druckgusswerkzeuge dienen dazu, einen Formhohlraum zur Abbildung eines Gussteils zu erzeugen und den Wärmetransport bei der Abkühlung und Erstarrung des Gussteils zu gewährleisten. Die Schmelze wird in den Formhohlraum eingefüllt und durch einen instationären Wärmetransportprozess wird die spezifische Enthalpie während der Abkühlung und zusätzlich die Enthalpie während der Erstarrung abgeführt. Die Wärmetransportbedingungen des Druckgusswerkzeugs haben also einen wesentlichen Einfluss auf die Erstarrungs- und Abkühlungsbedingungen des Gussteils und dessen Eigenschaften, wie Gefüge, Festigkeit, Härte und Oberflächenbeschaffenheit. Außerdem beeinflusst das Druckgusswerkzeugden Druckgussprozess selbst, insbesondere die Taktzeit, die Werkzeugbelastung und den Nachbehandlungsaufwand.Die casting tools serve to create a mold cavity for imaging a casting and to ensure heat transport during cooling and solidification of the casting. The melt is filled into the mold cavity and by a transient heat transport process, the specific enthalpy is removed during cooling and in addition the enthalpy during solidification. The heat transfer conditions of the die casting tool thus have a significant influence on the solidification and cooling conditions of the casting and its properties, such as microstructure, strength, hardness and surface finish. In addition, the die casting tool affects the die casting process itself, in particular the cycle time, the tool load, and the aftertreatment effort.

Stand der Technik ist es, die Kontur des Gussteils durch eine spanende Bearbeitung in ein Blockmaterial einzubringen. Weiterhin werden zur Kühlung des Gussteils Kühlkanäle in Form von Durchgangs- und Sackbohrungen in das Druckgusswerkzeug eingebracht. In die Sackbohrungen werden gegebenenfalls Strömungsleitgeometrien eingebracht, durch welche das fluide Temperiermedium zu der das Gussteil abbildenden Kontur hin- und rückgeführt wird. Die von dem Werkzeug auf das Temperiermedium übertragbare Wärmemenge wird durch die Strömungsführung, die Strömungsgeschwindigkeit sowie die Eigenschaften des Temperiermediums bestimmt. Weiterhin wird die übertragbare Wärmemenge durch die Abmessungen und die geometrische Ausgestaltung der Kühlkanäle beeinflusst, welche jedoch von den fertigungstechnischen Restriktionen bei der spanenden Bearbeitung des Blockmaterials eingeschränkt sind.State of the art is to introduce the contour of the casting by machining in a block material. Furthermore, cooling channels in the form of through-holes and blind bores are introduced into the die-casting tool for cooling the casting. If necessary, flow guide geometries are introduced into the blind bores, through which the fluid temperature control medium is fed back and forth to the contour which depicts the casting. The amount of heat transferable from the tool to the temperature control medium is determined by the flow guidance, the flow velocity and the properties of the temperature control medium. Furthermore, the transferable amount of heat is influenced by the dimensions and the geometric design of the cooling channels, which are limited by the manufacturing restrictions in the machining of the block material.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes temperierbares Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines temperierbaren Werkzeugs zur Verfügung zu stellen.Against this background, the invention has for its object to provide an improved temperature-adjustable tool for shaping workpieces. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for producing a temperature-controlled tool.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem temperierbaren Werkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first object is achieved with a temperature-controlled tool according to the features of claim 1. The dependent claims 2 to 10 relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein temperierbares Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken vorgesehen, bei welchem in dem Temperierhohlraum zumindest abschnittsweise eine Wärmeleitstruktur aus einem offenporigen, porösen und von dem Temperiermedium durchströmbaren Materialangeordnet ist. Die aus dem Werkstück abzuführende Wärme fließt über die an dem Werkstück anliegende Maske in die in dem Temperierhohlraum angeordnete Wärmeleitstruktur, welche von dem Temperiermedium durchströmt wird. Es findet ein konvektiver Wärmetransportprozess statt. Durch den Einbau der Wärmeleitstruktur wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert und der Wärmetransport zwischen dem Werkzeug und dem Temperiermedium bzw. der Wärmeübergangskoeffizient verbessert. Hierbei erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass das Material amorph ausgebildet ist. Das Werkzeug ist Teil eines in der Regel aus zwei Werkzeughälften bestehenden Formgebungswerkzeugs. Während der Formgebung des Werkstücks ist es erforderlich, mittels des Werkzeugs eine Druckkraft auf das Werkstück auszuüben. Die Druckkraft wird über den Grundkörper, die in dem Temperierhohlraum angeordnete Wärmeleitstruktur sowie die den Temperierhohlraum begrenzenden Stützen und die Maske in das Werkstück geleitet. Zusätzlich wirkt der Gießdruck der in den Formhohlraum des Werkzeugs eingebrachten Schmelze auf die Maske. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Wärmeleitstruktur eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist. Die Verwendung von offenporigen Schäumen ist aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Stabilität vorteilhaft. Diesen Anforderungen werden beispielsweise industrielle Schäume aus metallischen oder keramischen Werkstoffen gerecht. Als besonders praxisnah hat es sich erwiesen, dass der Temperierhohlraum vollständig durch die Wärmeleitstruktur ausgefüllt ist.Thus, according to the invention, a temperature-controllable tool for shaping workpieces is provided, in which a heat-conducting structure of an open-pored, porous material permeable by the temperature-control medium is arranged at least in sections in the temperature-controlling cavity. The heat to be dissipated from the workpiece flows via the mask which bears against the workpiece into that arranged in the temperature-control cavity Wärmeleitstruktur, which is traversed by the temperature control. There is a convective heat transport process. The incorporation of the heat conduction structure increases the heat transfer area and improves the heat transfer between the tool and the temperature control medium or the heat transfer coefficient. It proves to be particularly expedient that the material is amorphous. The tool is part of a usually consisting of two mold halves forming tool. During the shaping of the workpiece, it is necessary to exert a compressive force on the workpiece by means of the tool. The compressive force is conducted into the workpiece via the base body, the heat conduction structure arranged in the temperature control cavity, and the supports bounding the temperature control cavity and the mask. In addition, the casting pressure of the melt introduced into the mold cavity of the tool acts on the mask. For this reason, it is necessary that the heat conduction structure has sufficient mechanical stability. The use of open-cell foams is advantageous due to the high thermal and mechanical stability. These requirements are met, for example, industrial foams made of metallic or ceramic materials. It has proved to be particularly practical that the tempering cavity is completely filled by the heat conduction structure.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Wärmeleitstruktur stoffschlüssig mit der den Temperierhohlraum begrenzenden Wandfläche verbunden ist. Durch das Verkleben, Verlöten oder Verschweißen der Wärmeleitstruktur mit dem Grundkörper und/oder der Maske wird die thermische Kopplung zwischen der Wärmeleitstruktur und dem Werkzeug bzw. der Maske und dem Grundkörper gewährleistet.A particularly advantageous embodiment of the present invention is also achieved in that the heat conducting structure is materially connected to the wall surface delimiting the tempering cavity. By gluing, soldering or welding the heat-conducting structure to the base body and / or the mask, the thermal coupling between the heat-conducting structure and the tool or the mask and the base body is ensured.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass der Temperierhohlraum durch zumindest eine in der Maske und/oder in dem Grundkörper angeordnete Ausnehmung gebildet wird. Hierdurch ist der Temperierhohlraum nah an dem Werkstück angeordnet, wobei die Zugängigkeit des Temperierhohlraums durch den zweiteiligen Aufbau mit dem Grundkörper und der Maske gewährleistet wird. Die Maske sollte eine Dicke von mindestens 10 mm aufweisen. Durch eine Variation der Maskendicke können die Temperierung des Werkstücks sowie die Abkühlung und Erstarrung des Werkstücks beeinflusst werden.Another expedient development provides that the tempering cavity is formed by at least one recess arranged in the mask and / or in the main body. As a result, the tempering cavity is arranged close to the workpiece, wherein the accessibility of the tempering cavity is ensured by the two-part structure with the base body and the mask. The mask should have a thickness of at least 10 mm. By varying the mask thickness, the tempering of the workpiece and the cooling and solidification of the workpiece can be influenced.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der Ausnehmung und einer der Bodenfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Maske oder des Grundkörpers nicht konstant ist. Hierdurch ergeben sich innerhalb des Temperierhohlraums unterschiedliche Strömungsquerschnitte für das Temperiermedium. Der Querschnitt des Temperierhohlraums kann in Abhängigkeit der Kontur des Werkstücks ausgebildet und an die Abkühl- und Erstarrungsbedingungen des Werkstücks angepasst werden.Furthermore, it proves to be advantageous that a distance between a bottom surface of the recess and a surface opposite the bottom surface of the mask or the base body is not constant. This results within the tempering cavity different flow cross sections for the tempering. The cross-section of the tempering cavity can be formed as a function of the contour of the workpiece and adapted to the cooling and solidification conditions of the workpiece.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der Grundkörper und/oder die Maske den Temperierhohlraum begrenzende Stützen aufweist, welche sich an einer gegenüberliegenden Oberfläche der Maske und/oder des Grundkörpers abstützen. Die Stützen übertragen die Kräfte, wie beispielsweise die Druckkraft des Werkzeugs während der Formgebung des Werkzeugs, und die aus dem Gießdruck resultierenden Kräfte zwischen dem Grundkörper und der Maske. Außerdem begrenzen die Stützen den Temperierhohlraum und beeinflussen die Strömung des Temperiermediums und hierdurch die Wärmeübertragung zwischen Temperiermedium und Wärmeleitstruktur.According to the invention, it is further provided that the base body and / or the mask has supports which delimit the temperature-control cavity and which are supported on an opposite surface of the mask and / or of the base body. The supports transfer the forces, such as the pressure force of the tool during the molding of the tool, and the forces resulting from the casting pressure between the base body and the mask. In addition, the supports limit the tempering cavity and influence the flow of the tempering medium and thereby the heat transfer between tempering and Wärmeleitstruktur.

Als besonders zweckmäßig erweist es sich, wenn das Werkzeug zumindest ein im Bereich der Stützen angeordnetes Auswerferelement aufweist. Das als Stift ausgebildete Auswerferelement wird durch eine Mechanik oder eine Hydraulik von einer Rückseite des Werkzeugs betätigt und stößt das Werkstück nach der Formgebung aus dem Werkzeug. Die Stifte werden dabei in den Stützen verschiebbar und durch die Maske zum Werkstück geführt. Eine derartige Anordnung der Stifte sichert die Dichtheit und Funktionsfähigkeit des Werkzeugs.It proves to be particularly expedient if the tool has at least one ejector element arranged in the region of the supports. The designed as a pin ejector element is actuated by a mechanism or hydraulics from a back of the tool and pushes the workpiece after the molding of the tool. The pins are displaced in the supports and passed through the mask to the workpiece. Such an arrangement of the pins ensures the tightness and functionality of the tool.

Eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Temperierhohlraum insbesondere während der Formgebung des Werkstücks flüssigkeitsdicht verschließbar ist. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn der gesamte Übergangsbereich zwischen Maske und Grundkörper als ein einziger großer, mit einer Wärmeleitstruktur ausgebildeter Temperierhohlraum ausgebildet ist. Die einzigen Verbindungen zwischen Maske und Grundkörper wären dann die in den Randbereichen angeordnete Lagerfläche und die in dem Temperierhohlraum angeordnete Wärmeleitstruktur. Die mechanische Stabilität einer derartigen Anordnung würde unter Umständen nicht ausreichen, die Kräfte während der Formgebung des Werkstücks zu übertragen. Durch das flüssigkeitsdichte Verschließen des Temperierhohlraums wird die Inkompressibilität des flüssigen Temperiermediums genutzt, um die Kräfte von dem Grundkörper in die Maske bzw. von der Maske in den Grundkörper zu leiten.Another embodiment of the present invention provides that the tempering cavity can be closed in a liquid-tight manner, in particular during the shaping of the workpiece. This is particularly useful when the entire transition region between the mask and base body is formed as a single large, formed with a heat conduction temperature control. The only connections between the mask and the base body would then be the bearing surface arranged in the edge regions and the heat conduction structure arranged in the temperature control cavity. The mechanical stability of such an arrangement might not be sufficient to transmit the forces during the shaping of the workpiece. The liquid-tight closing of the tempering cavity makes use of the incompressibility of the liquid tempering medium in order to direct the forces from the base body into the mask or from the mask into the base body.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkzeug zwei oder mehrere untereinander verbundene Temperierhohlräume aufweist. Die Temperierhohlräume sind dabei in Abhängigkeit der Kontor des Werkstücks und den hieraus resultierenden thermischen Anforderungen angeordnet und ausgebildet.In an alternative embodiment it is provided that the tool has two or more interconnected tempering cavities. The tempering cavities are dependent arranged and formed the Kontor of the workpiece and the resulting thermal requirements.

Das Temperiermedium wird zunächst durch einen Eingang in einen ersten Temperierhohlraum eingeleitet, durchströmt dann nacheinander den bzw. die mit dem ersten Temperierhohlraum verbundenen weiteren Temperierhohlräume und wird durch einen Ausgang aus dem Werkzeug abgeleitet. Das Temperiermedium erwärmt sich beim Durchströmen der Temperierhohlräume stetig, sodass es beim Ableiten eine wesentlich höhere Temperatur aufweist als beim Einleiten. Folglich kann das Temperiermedium in einem Bereich vor dem Ableiten weniger Wärme aufnehmen als in einem Bereich kurz nach dem Einleiten. Infolgedessen kühlt sich das Werkstück in den beiden Bereichen sehr unterschiedlich ab. Hierdurch können sich unterschiedliche Gefüge innerhalb des Werkstücks ausbilden. In diesem Fall erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn das Werkzeug zumindest einen in einem Innenbereich des Werkzeugs angeordneten Eingang für das Einleiten und zwei oder mehrere in den Außenbereichen des Werkzeugs angeordnete Ausgänge für das Ableiten des Temperiermediums aufweist. Des Temperiermedium wird in einem zentralen Bereich in das Werkzeug eingeleitet und dann gleichmäßig in Richtung der äußeren Randbereiche verteilt. Hierdurch werden eine ungleichmäßige Abkühlung des Werkstücks und hieraus resultierende unterschiedliche Gefügeausbildungen innerhalb des Werkstücks reduziert.The tempering medium is first introduced through an entrance into a first tempering cavity, then successively flows through the or the further tempering cavities connected to the first tempering cavity and is discharged through an exit from the tool. The tempering medium heats up steadily as it flows through the tempering cavities, so that it has a much higher temperature during discharge than during discharge. As a result, the tempering medium can absorb less heat in a region before being discharged than in an area shortly after introduction. As a result, the workpiece cools very differently in the two areas. As a result, different microstructures can form within the workpiece. In this case, it proves to be particularly useful if the tool has at least one arranged in an inner region of the tool inlet for the introduction and two or more arranged in the outer regions of the tool outputs for the discharge of the tempering. The tempering medium is introduced into the tool in a central region and then distributed uniformly in the direction of the outer edge regions. As a result, an uneven cooling of the workpiece and resulting different structural formations are reduced within the workpiece.

Der Grundkörper und die Maske können durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Löt- oder Schweißverbindung, verbunden werden. Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Grundkörper und die Maske lösbar miteinander verbunden sind. Hierdurch wird es ermöglicht, das Werkzeug zu demontieren und die Temperierhohlräume bzw. die Wärmeleitstrukturen zu reinigen. Außerdem besteht die Möglichkeit, verschlissene Masken auszutauschen oder Masken mit unterschiedlichen Konturen zu verbauen, um unterschiedliche Werkstücke herstellen zu können. Hieraus resultiert ein wirtschaftliches Potential, insbesondere für Serien mit geringen Stückzahlen.The base body and the mask can be connected by a material connection, such as a soldered or welded connection. Another particularly expedient development of the present invention is also achieved in that the base body and the mask are releasably connected to each other. This makes it possible to disassemble the tool and to clean the Temperierhohlräume or the Wärmeleitstrukturen. It is also possible to replace worn masks or to use masks with different contours to produce different workpieces. This results in an economic potential, especially for series with small quantities.

Weiterhin erweist es sich als praxisnah, wenn der Grundkörper in einem der Maske abgewandten Bereich Rippen und/oder Ausnehmungen aufweist. Durch die Verrippungen bzw. Ausnehmungen kann einerseits zusätzlich Wärme aus dem Werkzeug abgeführt werden und anderseits wird das Gewicht des Werkzeugs reduziert.Furthermore, it proves to be practical if the base body has ribs and / or recesses in an area facing away from the mask. By the ribs or recesses on the one hand additional heat from the tool can be dissipated and on the other hand, the weight of the tool is reduced.

Beim Druckgießen ist das Material des Werkzeugs, insbesondere das Material der Maske infolge des unmittelbaren Kontakts mit der Schmelze besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt. Das flüssige Metall wird bei einer Temperatur von ca. 700°C in das Werkzeug eingebracht. Bei der Entnahme weist das Werkstück noch eine Temperatur von ca. 350°C auf. Anschließend wird die Maske durch das Einbringen einer ein Trennmittel enthaltenden Flüssigkeit weiter gekühlt. Diese wechselnde Temperaturbelastung kann zur Rissbildung in der Maske durch thermische Ermüdung des Materials führen. Deshalb hat es sich als besonders praxisnah erwiesen, dass die Maske aus einem Warmarbeitsstahl besteht. Der Warmarbeitsstahl weist eine gute Wärmeleitfähigkeit und Verschleißbeständigkeit sowie gleichzeitig eine geringe Neigung für eine thermische Ermüdung auf. Hierdurch wird die Standzeit des Werkzeugs bzw. der Maske wesentlich verbessert.During die casting, the material of the tool, in particular the material of the mask due to the direct contact with the melt is exposed to special thermal loads. The liquid metal is introduced at a temperature of about 700 ° C in the tool. When removing the workpiece still has a temperature of about 350 ° C. Subsequently, the mask is further cooled by the introduction of a liquid containing a release agent. This changing temperature load can cause cracking in the mask due to thermal fatigue of the material. Therefore, it has proven to be particularly practical that the mask consists of a hot-work steel. The hot work tool steel has good thermal conductivity and wear resistance and at the same time a low tendency for thermal fatigue. As a result, the service life of the tool or the mask is significantly improved.

Als Material für den Grundkörper kommen insbesondere Gusseisen, Kupfer oder ein Leichtmetall in Betracht. Das Gusseisen ist hinsichtlich der Kosten und der Druckfestigkeit von Vorteil, während das Kupfer einen sehr guten Wärmeübergangskoeffizienten aufweist. Die Verwendung eines Leichtmetalls, insbesondere von Aluminium, hat den Vorteil des geringeren Gewichts.As a material for the body are in particular cast iron, copper or a light metal into consideration. The cast iron is advantageous in terms of cost and compressive strength, while the copper has a very good heat transfer coefficient. The use of a light metal, especially aluminum, has the advantage of lower weight.

Die zweite Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Die Unteransprüche 12 bis 15 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The second object is further achieved by a method according to the features of claim 11. The dependent claims 12 to 15 relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines temperierbaren Werkzeugs zur Formgebung von Werkstücken, insbesondere ein Druckgusswerkzeug, vorgesehen, bei welchem zunächst eine Wärmeleitstruktur aus einem offenporigen, porösen und von dem Temperiermedium durchströmbaren Material in einer Ausnehmung in dem Grundkörper oder der Maske angeordnet wird, und bei welchem anschließend die Maske und der Grundkörper derart miteinander verbunden werden, dass sich zwischen dem Grundkörper und der Maske ein die Wärmeleitstruktur aufnehmender Temperierhohlraum ausbildet. Hierdurch kann ein Werkzeug mit einem Temperierhohlraum hergestellt werden, welcher einerseits einen geringen Abstand zum Werkstück und andererseits auch eine im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik wesentlich größere Wärmeübertragungsfläche zwischen Werkzeug und Temperiermedium aufweist. Die Verbindung zwischen der Maske und dem Grundkörper kann durch form- und/oder kraftschlüssige Verbindungselemente, beispielsweise durch Schrauben oder Klammern, erfolgen. Denkbar ist ebenfalls eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Löt- oder Schweißverbindung. Zur Gewährleistung der Dichtheit des Werkzeugs ist im Bereich von Anlageflächen im Randbereich des Werkzeugs eine Dichtung vorgesehen.According to the invention, therefore, a method is provided for producing a temperature-controlled tool for shaping workpieces, in particular a die-casting tool, in which first a heat-conducting structure of an open-pore, porous material permeable by the temperature control medium is arranged in a recess in the base body or the mask, and in which subsequently the mask and the base body are connected to one another in such a way that a temperature-control cavity receiving the heat-conducting structure is formed between the base body and the mask. In this way, a tool with a tempering cavity can be produced which on the one hand has a small distance from the workpiece and on the other hand also has a considerably larger heat transfer area between the tool and the tempering medium compared to the prior art mentioned at the beginning. The connection between the mask and the main body can be done by positive and / or non-positive connection elements, for example by screws or clamps. Also conceivable is a cohesive connection, for example a soldered or welded connection. To ensure the tightness of the tool, a seal is provided in the region of abutment surfaces in the edge region of the tool.

Außerdem erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Wärmeleitstruktur stoffschlüssig mit dem Grundkörper und/oder der Maske verbunden wird. Durch das stoffschlüssige Verbinden der Wärmeleitstruktur in der Ausnehmung des Grundkörpers oder der Maske wird die Wärmeleitstruktur einerseits positionsgenau lagefixiert, was die anschließende Montage des Werkzeugs erleichtert, und andererseits wird hierdurch der Wärmeübergang zwischen Grundkörper bzw. Maske und Wärmeleitstruktur verbessert. In addition, it proves to be particularly advantageous if the heat conducting structure is firmly bonded to the base body and / or the mask. As a result of the cohesive connection of the heat-conducting structure in the recess of the base body or the mask, the heat-conducting structure is positionally precisely fixed in position, which facilitates the subsequent assembly of the tool, and on the other hand the heat transfer between the base body or mask and heat-conducting structure is thereby improved.

In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kontur der Maske zunächst durch ein Umformverfahren hergestellt wird und die Oberflächen der Maske anschließend spanend bearbeitet werden. Hierbei wird die Maske beispielsweise durch Freiformschmieden vorgeschmiedet. Das Freiformschmieden hat den Vorteil, dass auf ein Gesenk verzichtet werden kann und somit die Werkzeugkosten eingespart werden können. Die konturgeschmiedete Maske wird dann anschließend durch eine konventionelle spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen, beidseitig fertiggestellt. Durch diese Bearbeitung wird eine raue Oberfläche zur Verfügung gestellt, mittels welcher vorteilhafte Wärmeübergangsbedingungen geschaffen werden. Als Material für die Maske wird bevorzugt ein Warmarbeitsstahl verwendet.In a particularly expedient development of the method it is provided that a contour of the mask is first produced by a forming process and the surfaces of the mask are subsequently machined. Here, the mask is forged, for example, by Smith forging. The open-die forging has the advantage that can be dispensed with a die and thus the tool costs can be saved. The contour-forged mask is then subsequently finished on both sides by conventional machining, for example by milling. By this treatment, a rough surface is provided, by means of which advantageous heat transfer conditions are created. As a material for the mask, a hot-work tool steel is preferably used.

Es erweist sich weiterhin als besonders praxisnah, dass die Maske einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Aus der im Anschluss an die spanende Bearbeitung der Maskenoberfläche folgenden Wärmebehandlung resultiert eine Gefügeveränderung in dem metallischen Werkstoff der Maske, durch welche die Standzeit der Maske bzw. des Werkzeugs signifikant verbessert wird.It also proves to be particularly practical that the mask is subjected to a heat treatment. The subsequent heat treatment following the machining of the mask surface results in a microstructure change in the metallic material of the mask, which significantly improves the service life of the mask or of the tool.

Eine andere besonders vorteilhafte Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass der Grundkörper zunächst durch ein Urformverfahren hergestellt wird und die der Maske zugewandte Oberfläche des Grundkörpers spanend bearbeitet wird. Hierbei wird der Grundkörper insbesondere in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen, wie beispielsweise dem Sandformverfahren, dem Vollformgießen oder auch einem Rapid-Prototyping-Verfahren gefertigt. Die Fertigung des Grundkörpers in einem Urformverfahren ermöglicht es, die gestaltungstechnischen Vorteile auszunutzen und durch Leichtbaustrukturen, wie Rippen und Siege, die Masse des Grundkörpers zu reduzieren. Lediglich die an der Maske anliegenden Bereiche des Grundkörpers, also die Stützen und die im Randbereich angeordneten Lagerflächen, müssen zur Sicherstellung der Passgenauigkeit spanend bearbeitet werden. Als Material für den Grundkörper wird bevorzugt Gusseisen, Stahl, Aluminium oder Kupfer verwendet.Another particularly advantageous modification of the present invention is also provided in that the base body is first produced by a primary molding process and the surface of the base body facing the mask is machined. In this case, the base body is manufactured, in particular, in a casting process with lost molds, such as, for example, the sand-forming method, the full-mold casting or else a rapid prototyping method. The production of the main body in a primary molding process makes it possible to exploit the design advantages and to reduce by lightweight structures, such as ribs and victories, the mass of the body. Only the areas of the base body resting against the mask, that is to say the supports and the bearing surfaces arranged in the edge region, must be machined to ensure the accuracy of fit. The material used for the body is preferably cast iron, steel, aluminum or copper.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diesezeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. These shows in

1 eine Seitenansicht eines temperierbaren Werkzeugs zur Formgebung von Werkstücken in einer Prinzipdarstellung; 1 a side view of a temperature-controlled tool for shaping workpieces in a schematic representation;

2 eine zweite Ausführungsform des temperierbaren Werkzeugs in einer Prinzipdarstellung; 2 a second embodiment of the temperature-controlled tool in a schematic representation;

3 eine schematisch dargestellte Fertigungsreihenfolge zur Herstellung des temperierbaren Werkzeugs. 3 a schematically illustrated manufacturing sequence for producing the temperature-controlled tool.

1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine Seitenansicht eines temperierbaren Werkzeugs 1 zur Formgebung von Werkstücken, insbesondere eines Druckgusswerkzeugs. Das Werkzeug 1 weist eine die Kontur des Werkstücks abbildende Maske 2 und einen mit der Maske 2 verbundenen Grundkörper 3 auf. Zwischen der Maske 2 und dem Grundkörper 3 sind mehrere von einem Temperiermedium durchströmbare Temperierhohlräume 4 vorgesehen. In den Temperierhohlräumen 4 sind Wärmeleitstrukturen 5 aus einem offenporigen, porösen und von dem als Kühlmittel ausgebildeten Temperiermedium durchströmbaren Material angeordnet. Der Grundkörper 3 weist zur Bildung der Temperierhohlräume 4 mehrere Ausnehmungen 6 auf. Die Temperierhohlräume 4 werden durch eine Bodenfläche 7 der Ausnehmung 6, seitlich angeordnete Stützen 8 und die Maske 2 begrenzt. In den jeweiligen Temperaturhohlräumen 4 ist der Abstand zwischen der Bodenfläche 7 der Ausnehmung 6 und einer gegenüberliegenden Oberfläche 9 der Maske 2 nicht konstant. 1 shows a schematic representation of a side view of a temperature-controlled tool 1 for shaping workpieces, in particular a die-casting tool. The tool 1 has a mask which images the contour of the workpiece 2 and one with the mask 2 connected basic body 3 on. Between the mask 2 and the body 3 are several tempering cavities through which a temperature control medium can flow 4 intended. In the tempering cavities 4 are Wärmeleitstrukturen 5 from an open-pore, porous material and through which can be flowed through by the designed as a coolant temperature control material. The main body 3 indicates the formation of tempering cavities 4 several recesses 6 on. The tempering cavities 4 be through a floor surface 7 the recess 6 , laterally arranged supports 8th and the mask 2 limited. In the respective temperature cavities 4 is the distance between the floor area 7 the recess 6 and an opposite surface 9 the mask 2 not constant.

Die Stützen 8 sind einteilig mit dem Grundkörper 3 verbunden und liegen an der Oberfläche 9 der Maske 2 an. Im Bereich der Stützen 8 können Auswerferelemente 10 zur Entfernung des Werkstücks aus dem Werkzeug 1 vorgesehen sein.The pillars 8th are integral with the body 3 connected and lying on the surface 9 the mask 2 at. In the area of supports 8th can ejector elements 10 for removing the workpiece from the tool 1 be provided.

Weiterhin ist im Bereich von Lagerflächen 11 im Randbereich des Werkzeugs 1 eine das Werkzeug 1 flüssigkeitsdicht verschließende Dichtung 12 vorgesehen.Furthermore, in the area of storage areas 11 in the edge area of the tool 1 one the tool 1 liquid tight seal 12 intended.

Eine zweite Ausführungsform des temperierbaren Werkzeugs 1 ist in 2 dargestellt. Der in 1 dargestellte Grundkörper 3 weist in einem der Maske 2 abgewandten Bereich mehrere Rippen 13 bzw. Aussparungen 14 auf.A second embodiment of the temperature-controlled tool 1 is in 2 shown. The in 1 illustrated basic body 3 points in one of the mask 2 opposite area several ribs 13 or recesses 14 on.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des temperierbaren Werkzeugs wird nachfolgend anhand der in 3 schematisch dargestellten Fertigungsreihenfolge beschrieben. Zunächst wird eine grobe Kontur 15 der Maske 2 durch ein Umformverfahren, insbesondere durch Freiformschmieden, hergestellt. Anschließend werden die Randbereiche 16 der Kontur 15 durch eine spanende Bearbeitung entfernt. Die Maske 2 weist nunmehr die gewünschten Abmessungen auf und kann in einem abschließenden Verfahrensschritt noch einer Wärmebehandlung unterzogen werden.The inventive method for producing the temperature-controlled tool is described below with reference to in 3 described schematically production sequence. First, a rough contour 15 the mask 2 through a Forming process, in particular by open-die forging produced. Subsequently, the border areas 16 the contour 15 removed by machining. The mask 2 now has the desired dimensions and can still be subjected to a heat treatment in a final process step.

Der Grundkörper 3 wird in einem ersten Verfahrenschritt durch ein Urformverfahren, insbesondere durch Gießen, hergestellt und weist bereits die Ausnehmungen 6 für die Bildung der Temperierhohlräume 4, die Stützen 8, die Lagerflächen 11 in den Randbereichen sowie die Rippen 13 und Aussparungen 14 auf. Die Ausnehmungen 6 können alternativ auch nachträglich eingebracht werden. Anschließend werden zumindest die Stirnseite der Stützen 8 und die Lagerflächen 11 des Grundkörpers 3 spanend bearbeitet.The main body 3 is produced in a first process step by a primary molding process, in particular by casting, and already has the recesses 6 for the formation of tempering cavities 4 , the pillars 8th , the storage areas 11 in the border areas as well as the ribs 13 and recesses 14 on. The recesses 6 can alternatively be introduced later. Subsequently, at least the front side of the columns 8th and the storage areas 11 of the basic body 3 machined.

Im Anschluss werden die aus einem porösen, offenporigen Material bestehenden Wärmeleitstrukturen 5 stoffschlüssig in den Ausnehmungen 6 des Grundkörpers 3 fixiert und die Maske 2 wird mit dem Grundkörper 3 verbunden. Durch das Verbinden von Grundkörper 3 und Maske 2 bilden sich die die Wärmeleitstrukturen 5 aufnehmenden und mit dem Temperiermedium durchströmbaren Temperierhohlräume 4 aus.Following are the existing of a porous, porous material Wärmeleitstrukturen 5 cohesively in the recesses 6 of the basic body 3 fixed and the mask 2 becomes with the basic body 3 connected. By connecting body 3 and mask 2 the heat conducting structures form 5 receiving and permeable by the temperature control tempering cavities 4 out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: WerkzeugTool
22: Maskemask
33: Grundkörperbody
44: TemperierhohlraumTemperierhohlraum
55: Wärmeleitstrukturthermal conduction
66: Ausnehmungrecess
77: Bodenflächefloor area
88th: Stützesupport
99: Oberflächesurface
1010: Auswerferelementejector
1111: Lagerflächestorage area
1212: Dichtungpoetry
1313: Ripperib
1414: Aussparungenrecesses
1515: Konturcontour
1616: Randbereichborder area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007005257 A1 [0003]
DE 102006008359 B4 [0004]
DE 102004045155 A1 [0005]
EP 1749593 A2 [0005]
EP 1403029 A1 [0005]

Claims

Temperable tool ( 1 ) for shaping workpieces, in particular a die-casting tool, with a mask (FIG. 2 ), one with the mask ( 2 ) connected body ( 3 ) and at least one temperature control chamber receiving a tempering ( 4 ) for tempering the workpiece, wherein the tempering cavity ( 4 ) between the main body ( 3 ) and the mask ( 2 ), characterized in that in the tempering cavity ( 4 ) at least in sections a heat conduction structure ( 5 ) is arranged from an open-porous, porous and permeable by the temperature control material.

Temperable tool ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat conducting structure ( 5 ) cohesively with the tempering cavity ( 4 ) bounding wall surface is connected.

Temperable tool ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the tempering cavity ( 4 ) by at least one in the mask ( 2 ) and / or in the basic body ( 3 ) arranged recess ( 6 ) is formed.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a distance between a bottom surface ( 7 ) of the recess ( 6 ) and one of the bottom surfaces ( 7 ) opposite surface ( 9 ) of the mask ( 2 ) or the basic body ( 3 ) is not constant.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 3 ) and / or the mask ( 2 ) the tempering cavity ( 4 ) limiting supports ( 8th ) located on an opposite surface ( 9 ) of the mask ( 2 ) or the basic body ( 3 ).

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 1 ) at least one in the area of the supports ( 8th ) arranged ejector element ( 10 ) having.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tempering cavity ( 4 ) is in particular liquid-tightly closed during the shaping of the workpiece.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 1 ) two or more interconnected tempering cavities ( 4 ) having.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 1 ) at least one in an inner region of the tool ( 1 ) arranged inlet for the introduction and two or more in the outer areas of the tool ( 1 ) arranged outputs for the discharge of the tempering medium.

Temperable tool ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 3 ) and the mask ( 2 ) are releasably connected together.

Method for producing a temperature-controlled tool ( 1 ) for shaping workpieces, in particular a die-casting tool, according to at least one of the preceding claims 1 to 10, wherein the tool ( 1 ) a mask representing the contour of the workpiece ( 2 ), one with the mask ( 2 ) connected body ( 3 ) and a temperature control medium receiving temperature control cavity ( 4 ) for tempering the workpiece, characterized in that first a heat conduction structure ( 5 ) made of an open-porous, porous and permeable by the temperature control material in a recess ( 6 ) in the body ( 3 ) or the mask ( 2 ) and then that the mask ( 2 ) and the basic body ( 3 ) are interconnected in such a way that between the main body ( 3 ) and the mask ( 2 ) a the heat conduction structure ( 5 ) receiving tempering cavity ( 4 ) trains.

Method according to claim 11, characterized in that the heat-conducting structure ( 5 ) cohesively with the main body ( 3 ) and / or the mask ( 2 ) is connected.

Method according to at least one of claims 11 or 12, characterized in that a contour ( 15 ) of the mask ( 2 ) is first prepared by a forming process and the surfaces of the mask ( 2 ) are then machined.

Method according to at least one of claims 11 to 13, characterized in that the mask ( 2 ) is subjected to a heat treatment.

Method according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that the basic body ( 3 ) is first prepared by a primary molding process and that of the mask ( 2 ) facing surface of the body ( 3 ) is machined.