PRESSHÄRTEWERKZEUG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Presshärtewerkzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solch ein Presshärtewerkzeug ist zum Beispiel in US 2015/246383 A1 offenbart.

[0002] Presshärtewerkzeuge unterliegen hohen thermischen Wechselbeanspruchungen. Das führt zu einer sehr begrenzten Lebensdauer der Werkzeuge. Der relativ häufige Austausch der Werkzeuge wirkt sich negativ auf die Fertigungskosten aus. Besonders hoch beanspruchte Bereiche befinden sich zwischen der Werkzeugoberfläche des Presshärtewerkzeuges und Kühlkanälen. Die kombinierte mechanische und thermische Beanspruchung führt zu vorzeitigen Ermüdungserscheinungen in Form von Ermüdungsrissen. Die Ursache für die thermisch bedingte Ermüdung ist der hohe Temperaturgradient zwischen der Werkzeugoberfläche und den in das Werkzeug integrierten Kühlkanälen. Der Temperaturgradient ist umso größer, je näher sich die Kühlkanäle an der Werkzeugoberfläche befinden. Es ist bekannt, für Warmumformwerkzeuge Verbundwerkstoffe einzusetzen mit einem Werkzeugkern und mit einer mit dem Werkzeugkern metallurgisch verbundenen Kontaktschicht an einer Werkzeugoberfläche. Die Kontaktschicht ist dazu ausgebildet, mit einem warmumzuformenden Werkstück in Kontakt zu kommen. Der Werkzeugkern besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und besitzt eine geringere Verschleißbeständigkeit als der Werkstoff der Kontaktschicht.

[0003] Es ist aus dem Stand der Technik (US 2015/0246383 A1) bekannt, im Kontaktbereich zu den umzuformenden Blechen Oberflächen aus kupferhaltigen Metallwerkstoffen zu benutzen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern, während der Werkzeugkern einen geringeren Kupferanteil aufweist.

[0004] Die DE 2727892 A1 offenbart eine Legierung für Warmumformwerkzeuge, die sehr verschleißbeständig sein sollen, und insbesondere 90-97 % Wolfram und 2-10 % Eisen und/oder Nickel und ggf. 8 % Legierungselemente wie Chrom, Molybdän oder Kobalt aufweist. Hier wir eine höhere Verschleißfestigkeit mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit erkauft.

[0005] Die DE 32 07 161 A1 offenbart eine Hartstofflegierung für Umform- und Schneidewerkzeuge. Die Hartstofflegierung soll möglichst kein Nickel und kein Mangan in einer Matrixstahllegierung enthalten, weil durch die Senkung der Auslagerungstemperatur eine Verringerung der Härtesteigerung hervorgerufen würde. Es handelt sich daher auch nicht um eine Beschichtungslegierung, die auf ein Substrat aufgebracht werden soll, sondern um eine Legierung, die das komplette Umform- bzw. Schneidwerkzeug bildet, das insbesondere im Sinterverfahren hergestellt wird.

[0006] Durch die EP 3 017 888 A1 zählt ein Warmumformwerkzeug zum Stand der Technik, das an einem Werkzeuggrundkörper wenigstens anteilig eine Oberflächenbeschichtung aufweist. Die Oberflächenbeschichtung besteht aus einem erhabenen, metallischen Relief, welches ganz oder teilweise oxidiert und in eine Schutzschicht umgewandelt wird. Die Werkzeugoberfläche ist überwiegend oxidisch.

[0007] Die DE 10 2005 042 765 A1 offenbart ein weiteres Formwerkzeug zum Formen eines Werkstückes, insbesondere eines Stahlblechbauteils. Die Formflächenschalen können aus Bronze oder Kupfer bestehen. Dadurch soll eine hohe effektive Kühlleistung erreicht werden.

[0008] Zum Stand der Technik wird ferner auf die EP 2 335 842 A2 verwiesen, betreffend eine weitere Ausführungsform eines Warmumformwerkzeugs.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Presshärtewerkzeug aufzuzeigen, welches eine höhere Standzeit und damit eine längere Lebensdauer besitzt.

[0010] Die Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen Presshärtewerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0011] Der Unteranspruch betrifft vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß besitzt die Kontaktschicht wenigstens 50 Gewichts-% Nickel, oder Chrom.

[0012] Durch die deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit von Kupfer (240-350 W/mK) kann die Zuhaltezeit im Presshärtewerkzeug im Gegensatz zu Presshärtewerkzeugen aus Stahl deutlich reduziert werden. Der Verschleiß der Werkzeugoberfläche, welche in Form von Abrasion und Adhäsion auftritt, kann durch die Beschichtung minimiert werden.

[0013] Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einer Nickellegierung. Die Legierung enthält in diesem Fall wenigstens 50% Nickel. Ein Vorteil einer Beschichtung aus einer Nickellegierung ist die gute Wärmeleitfähigkeit, so dass auch über die Beschichtung ein guter Wärmeabfluss ermöglicht wird. Weiterhin ergibt sich eine wesentliche Erhöhung des mechanischen Verschleißwiderstandes der beschichteten Oberflächen des Presshärtewerkzeuges. Bei der Verwendung einer Nickellegierung für die Grundmatrix liegt der Nickelanteil vorzugsweise in einem Bereich zwischen 65 und 95 Gewichts-%. Insbesondere handelt es sich bei der Nickellegierung um eine Legierung, die als weiteren Legierungsbestandteil Kobalt enthält.

[0014] Die Beschichtungen können mit unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden. Insbesondere kann das Pulverflammspritzen zum Einsatz kommen. Die Schichten besitzen eine sehr hohe Haftfähigkeit und Thermoschockbeständigkeit.

[0015] Die Schichtdicken sollten aufgrund der Wärmeleitfähigkeit, die geringer ist als diejenige von Kupfer, eine relativ geringe Dicke aufweisen, die vorzugsweise im Mikrometerbereich liegt.

[0016] Bevorzugt besitzen die Beschichtungen eine gewisse Duktilität. Im Vergleich zu einer durchgehend harten und spröden Beschichtung besteht durch Beschichtungen mit duktilen Eigenschaften eine geringere Gefahr, dass im Laufe des Betriebs Beschädigungen der Beschichtung auftreten oder auch Risse oder Mikrorisse innerhalb der Beschichtung auftreten. Risse würden die Gefahr eines Abplatzens von Teilstücken der Beschichtung unter mechanischer Belastung erhöhen.

[0017] Durch den Einsatz von Kupferwerkstoffen in Kombination mit einer geeigneten Beschichtung könnten die Kühlkanäle auch deutlich weiter von der Werkzeugoberfläche angeordnet werden. Der Temperaturgradient ist kleiner. Die lokale thermische Belastung wird reduziert. Auch dadurch besitzen die besagten Presshärtewerkzeuge eine höhere Standfestigkeit und eine höhere Lebensdauer.

[0018] Ein weiterer, grundsätzlicher Vorteil ist, dass durch die Reduzierung der Zuhaltezeit des Presshärtewerkzeuges die Wirtschaftlichkeit des Presshärtens insgesamt gesteigert werden kann, da der Presshärteprozess einen nicht unerheblichen Teil der Fertigungsgemeinkosten verursacht. Durch eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit können diese Kosten des Presshärteprozesses gesenkt werden.

[0019] Eine hohe Wärmeleitfähigkeit der zum Presshärten verwendeten Werkstoffe kann zu einem erhöhten Widerstand des Presshärtewerkzeuges gegen Verschleiß und thermische Ermüdung beitragen und somit die Kosten für Wartung, Reparatur und Neubeschaffung der Presshärtewerkzeuge reduzieren.

Ansprüche

1. Presshärtewerkzeuge aus einem Verbundwerkstoff mit einem Werkzeugkern mit einer mit dem Werkzeugkern verbundenen Kontaktschicht an einer Werkzeugoberfläche, die dazu ausgebildet ist, mit einem warm umzuformenden Werkstück in Kontakt zu kommen, wobei der Werkzeugkern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht metallurgisch mit dem Werkzeugkern verbunden ist und wenigstens 50 Gew.-% Nickel, oder Chrom enthält, wobei der Werkzeugkern eine geringere Verschleißbeständigkeit als der Werkstoff der Kontaktschicht besitzt und wobei der Werkzeugkern auf einem Werkzeugträger aus Stahl befestigt ist.

2. Presshärtewerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht 65 - 95 Gew.-% Nickel oder Chrom enthält.

Claims

1. Press hardening tools made of a composite material having a tool core with a contact layer bonded to the tool core on a tool surface, which is designed to come into contact with a workpiece to be hot formed, wherein the tool core consists of copper or a copper alloy, characterised in that the contact layer is metallurgically bonded to the tool core and contains at least 50 wt. % nickel or chrome, wherein the tool core has a lower wear resistance than the contact layer material and wherein the tool core is attached to a steel tool carrier.

2. Press hardening tools according to claim 1, characterised in that the contact layer contains 65 - 95 wt. % nickel or chrome.

Revendications

1. Outils de durcissement à la presse constitués d'un matériau composite comportant un cœur d'outil avec une couche de contact reliée au cœur d'outil au niveau d'une surface d'outil, qui est conçue pour entrer en contact avec une pièce destinée à un thermoformage, dans lesquels le cœur d'outil est constitué de cuivre ou d'un alliage de cuivre, caractérisés en ce que la couche de contact est reliée par un procédé métallurgique au cœur d'outil et contient au moins 50 % en poids de nickel, ou de chrome, dans lesquels le cœur d'outil possède une résistance à l'usure réduite en tant que matériau de la couche de contact et dans lesquels le cœur d'outil est fixé sur un porte-outil en acier.

2. Outils de durcissement à la presse selon la revendication 1, caractérisés en ce que la couche de contact contient 65 à 95 % en poids de nickel ou de chrome.