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Patent Searching and Data


Title:
IRONING RING HAVING A MICROSTRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/146915
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an ironing ring (10) for use in a press for ironing pressing or drawing of a work piece (11). The ironing ring (10) has a work surface (15) which, upon deforming the work piece (11), contacts the work piece (11) and causes flowing of the work piece material. In order to prevent friction deposits in the region of the work surface (15) of the ironing ring (10), a microstructure (22), differing from the roughness of the work surface, is introduced into the work surface (15), which forms elevations (23) and/or recesses (24) in the work surface (15). Material particles remaining on the work surface (15) after the deforming of a work piece (11) thus adhere less strongly to the work surface (15) and can be stripped off during the next deforming process.

Inventors:
BLEI KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/054493
Publication Date:
September 25, 2014
Filing Date:
March 07, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SCHULER PRESSEN GMBH (DE)
International Classes:
B21D22/28
Foreign References:
JPH02155520A1990-06-14
JPH10137861A1998-05-26
DE2256334A11974-05-22
DE102011052773A12013-02-21
DE2256334A11974-05-22
Attorney, Agent or Firm:
RÜGER, BARTHELT & ABEL (DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Abstreckring (10) zur Verwendung in einer Presse zum Abstreckpressen eines Werkstücks (11), mit einer inneren Arbeitsfläche (15), die dem Werkstück (11) zugeordnet ist und bei der Umformung des Werk¬ stücks (11) am Werkstück (11) anliegt, wobei in die Arbeitsfläche (15) eine Mikrostruktur (22) mit Erhebungen (23) und/oder Vertiefungen (24) eingebracht ist.

2. Abstreckring nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (23) und/oder Vertiefungen (24) der Mikrostruktur (22) ein gleichmäßiges Muster beziehungsweise eine gleichmäßige Struktur bilden.

3. Abstreckring nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Maxima (S) jeweils benachbarter Erhebungen (23) der Mikrostruktur (22) denselben Abstand (A) haben.

4. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Minima (G) jeweils benachbarter Vertiefungen (24) der Mikrostruktur (22) denselben Abstand (A) haben.

5. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Maxima (S) zweier benachbarter Erhebungen (23) und/oder der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Minima (G) zweier benachbarter Vertiefungen (24) maximal 50 Mikrometer beträgt.

6. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Maxima (S) zweier benachbarter Erhebungen (23) und/oder der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Minima (G) zweier benachbarter Vertiefungen (24) kleiner ist als 1000 Nanometer.

7. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Maxima (S) zweier benachbarter Erhebungen (23) und/oder der Abstand (A) zwischen den Mittelachsen (M) oder Mittelebenen (E) oder Minima (G) zweier benachbarter Vertiefungen (24) größer ist als 50 Nanometer.

8. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Höhenunter¬ schied (H) zwischen den Erhebungen (23) und den Vertiefungen (24) der Mikrostruktur (22) gemessen in Richtung des Normalenvektors (N) auf die Arbeitsfläche (15) kleiner ist als 500 Nanometer.

9. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erhebungen (23) der Mikrostruktur (22) in Richtung des Normalenvektors (N) auf die Arbeitsfläche (15) verjüngen.

10. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhebung (23) der Mikrostruktur (22) gemessen quer zum Normalenvektor (N) auf die Arbeitsfläche (15) eine Querabmessung (Q) auf¬ weist, die kleiner ist als 20 Mikrometer und insbesondere kleiner als 1000 Nanometer.

11. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (15) zwei Flächenabschnitte (15a, 15b) aufweist, die einen Winkel einschließen.

12. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der die Arbeits¬ fläche (15) des Abstreckrings (10) aus einem härteren Material besteht als das umzuformende Material des Werkstücks (11) .

13. Abstreckring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (15) be- schichtungsfrei ist.

Description:
Abstreckring mit einer Mikrostruktur

Die Erfindung betrifft einen Abstreckring zur Verwendung in einer Presse zum Abstreckpressen eines Werkstücks.

Solche Abstreckringe sind an sich bekannt. In einer Presse zum Abstreckpressen bzw. Abstreckgleit ziehen eines Werkstücks, beispielsweise eines Napfes, werden in der Re ¬ gel mehrere in Richtung des Arbeitshubes hintereinander angeordnete Abstreckringe verwendet, um schrittweise oder stufenweise den Außendurchmesser des Werkstücks zu verrin ¬ gern. Dadurch kann beispielsweise aus einem Napf schließ ¬ lich ein hohlzylindrischer Dosenkörper geformt werden.

Während des Umformens gelangt eine radial nach innen weisende Arbeitsfläche des Abstreckrings in Kontakt mit dem Werkstück. Abhängig vom Material des Werkstücks kommt es am Abstreckring mehr oder weniger stark zu AufSchmierungen bzw. Kaltaufschweißungen . Dieses Phänomen ist bekannt.

Heutzutage werden die Abstreckringe deswegen nach einer ge ¬ wissen Anzahl von Umformvorgängen aus der Presse ausgebaut, gereinigt und anschließend wieder eingebaut. Dies ist auf ¬ wendig und verursachte einen Stillstand der Presse.

Um Kaltaufschweißungen zu vermeiden, offenbart DE 22 56 334 AI die Möglichkeit, ein spezielles Schmiermittel auf den Abstreckring oder das Werkstück aufzubringen. Allerdings müssen solche Schmierstoffe anschließend von dem um ¬ geformten Werkstück wieder entfernt werden. Auch diese Möglichkeit ist aufwendig und teuer. DE 22 56 334 AI schlägt daher vor, den Abstreckring aus Keramikmaterial herzustel ¬ len. Bei der plötzlichen Druckentlastung des keramischen Abstreckringes kann es allerdings zur Rissbildung kommen, was gemäß DE 22 56 334 AI dadurch vermieden wird, dass der Endbereich des Werkstücks in einer Ausnehmung am Abstreckstempel eintauchen kann, um eine plötzliche Druckent ¬ lastung des keramischen Abstreckringes zu vermeiden.

Ausgehend hiervon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, einen Abstreckring zu schaffen, bei dem die Gefahr von Kaltaufschweißungen verringert ist und der keine konstruktiven Änderungen an anderen Pressenbauteilen erfordert.

Diese Aufgabe wird durch einen Abstreckring mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Abstreckring weist auf seiner Innenseite eine innere Arbeitsfläche auf, die beim Umformen des Werkstücks mit dem Werkstück in Kontakt gelangt. Der die Arbeitsfläche aufweisende Teil des Abstreckringes oder der gesamte Ab ¬ streckring sind in der Regel aus einem metallischen Material, insbesondere Hartmetall oder Werkzeugstahl ausgeführt. Der Abstreckring weist an seiner Arbeitsfläche insbesondere keine Beschichtung auf und kann ohne den Einsatz von

Schmiermitteln eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist in die Arbeitsfläche eine Mikrostruktur eingebracht, die Erhe ¬ bungen und/oder Vertiefungen aufweist. Diese Erhebungen und/oder Vertiefungen bilden eine unebene Mikrostruktur im Nanometerbereich oder Mikrometerbereich. Die Mikrostruktur führt dazu, dass während eines Umformvorgang an der Ar ¬ beitsfläche des Abstreckrings verbleibende Partikel des um ¬ geformten Werkstücks weniger stark haften und daher sehr leicht entfernt werden können, beispielsweise bei einem der nachfolgenden Umformvorgänge wieder abgestreift werden kön- nen. Dadurch ist die Gefahr von Kaltaufschweißungen zumindest stark reduziert. Ein Reinigen des Absteckrings kann auf diese Weise vermieden oder zumindest die Anzahl der Reinigungsvorgänge drastisch reduziert werden.

Die Mikrostruktur ist eine Formgestalt der Arbeitsflä ¬ che, die unabhängig von und zusätzlich zu der Rauheit der Arbeitsfläche ausgebildet ist. Die Mikrostruktur der Ar ¬ beitsfläche ist unmittelbar in das metallische Material, insbesondere Hartmetall oder Werkzeugstahl, des Abstreckrings eingebracht. Zusätzliche Beschichtungen sind daher nicht notwendig. Es können standardmäßig für Abstreckringe verwendete metallische Materialien eingesetzt werden. Die Mikrostruktur kann durch definiertes Abtragen von Material hergestellt werden, beispielsweise durch Laserabiat ion .

Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Erhebungen und/oder Vertiefungen der Mikrostruktur ein gleichmäßiges Muster, beispielsweise durch gleichmäßig verteile An ¬ ordnung der Erhebungen und/oder Vertiefungen entlang der Arbeitsfläche. Es ist aber auch möglich, ungleichmäßige Mikrostrukturen vorzusehen, beispielsweise die Form, Größe und Anordnung von Erhebungen und/oder Vertiefungen zu variieren, was entweder stochastisch oder nach einer vorgegebenen Rechenregel erfolgen kann. Auch eine Kombination von gleichmäßigen und ungleichmäßigen Abschnitten oder Bereichen der Mikrostruktur ist möglich.

Bei einem gleichmäßigen Muster der Mikrostruktur haben die Mittelachsen oder Mittelebenen oder Maxima jeweils benachbarter Erhebungen der Mikrostruktur vorzugsweise denselben Abstand. Die Kontur der Erhebungen sowie der Abstand zwischen den Mittelachsen oder Mittelebenen oder Maxima zweier benachbarter Erhebungen kann abhängig von dem umzuformenden Material des Werkstücks definiert werden. Bei- spielsweise können Erhebungen eine sphärische, eine zylind ¬ rische, eine kegelförmige, eine kegelstumpfförmige, eine pyramidenförmige, eine pyramidenstumpfförmige, eine quader ¬ förmige oder eine würfelförmige Kontur aufweisen. Zwischen diesen Erhebungen bilden Vertiefungen der Mikrostruktur einen Zwischenraum.

Alternativ oder zusätzlich zu in Richtung des Normalenvektors auf der Arbeitsfläche des Abstreckrings erhabe ¬ nen Erhebungen können auch Vertiefungen vorhanden sein. Der Abstand der Mittelachsen oder Mittelebenen oder Minima jeweils benachbarter Vertiefungen der Mikrostruktur kann gleich groß sein, so dass auch hier eine Gleichmäßigkeit in der Mikrostruktur erreicht wird.

Der Abstand zwischen den Mittelachsen oder Mittelebenen oder Minima beziehungsweise Maxima benachbarter Erhe ¬ bungen bzw. benachbarter Vertiefungen ist vorzugsweise kleiner als 50 Mikrometer. Abhängig vom Werkstoff des umzuformenden Werkstücks kann dieser Abstand auch kleiner als 1000 Nanometer sein. Vorzugsweise ist dieser Abstand dabei größer als 50 Nanometer.

Die Mikrostruktur kann als 3-dimensionale oder 2,5- dimensionale Struktur ausgeführt sein. Sofern eine dreidi ¬ mensionale Mikrostruktur vorgesehen ist, beträgt der maxi ¬ male Höhenunterschied zwischen den Maxima der Erhebungen und den Minima der Vertiefungen gemessen in Richtung des Normalenvektors auf der Arbeitsfläche höchstens 500 Nanome ¬ ter .

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verjüngen sich die Erhebungen der Mirkostruktur in Richtung des Normalenvektors der Arbeitsfläche. Die Erhebungen weisen daher gegenüber dem Normalenvektor auf der Arbeitsfläche geneigt verlaufende seitliche Flanken auf. Die Vertiefung bzw. der Abstand zwischen zwei Erhebungen vergrößert sich daher zum Maximum bzw. zum freien Ende der Erhebung hin. Dadurch kann eine weitere Verringerung der Anhaftung von Partikeln erreicht werden.

Eine Erhebung und/oder eine Vertiefung der Mikrostruktur kann vorzugsweise quer zur Erstreckungsrichtung des Normalenvektors gemessen in eine oder mehrere Dimensionen eine Querabmessung aufweisen die kleiner ist als 10 Mikrometer und insbesondere kleiner als 1000 Nanometer.

Vorzugsweise weist die Arbeitsfläche zwei Flächenab ¬ schnitte auf, die einen Winkel einschließen. Die beiden Flächenabschnitte sind relativ zur Längsachse des Abstreck ¬ ringes geneigt. Im Übergangsbereich zwischen den beiden Flächenabschnitten kann eine Abstreckkante vorhanden sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Abstreckringes erge ¬ ben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Abstreckringes, eines Abstreckstempels sowie eines Werkstücks in einem Schnitt entlang der Längsachse des Abstreckringes,

Figur 2 den Abstreckring nach Figur 1 in einer schematischen Schnittdarstellung entlang seiner Längsachse,

Figuren 3 bis 12 jeweils eine schematische Prinzipdar ¬ stellung von Erhebungen und/oder Vertiefungen der Mikro- struktur der Arbeitsfläche des Abstreckringes.

In Figuren 1 und 2 ist stark schematisiert ein Ab ¬ streckring 10 zum Abstrecken eines Werkstücks 11, bei ¬ spielsgemäß eines Napfes, dargestellt, wobei das Werkstück 11 mit Hilfe eines Stempels 12 durch den Abstreckring 10 hindurchbewegt wird. Der Abstreckring 10 ist in einer Ring- halterung 13 in einem Unterwerkzeug 14 einer im Einzelnen nicht veranschaulichten Presse gelagert. Über den Pressenantrieb der Presse wird der Stempel 12 mit dem Werkstück 11 zur Umformung durch den Abstreckring 10 hindurchgedrückt. Dabei gelangt das Werkstück 11 in Kontakt mit einer radial inneren Arbeitsfläche 15 des Abstreckringes und wird dabei umgeformt. Beim Ausführungsbeispiel wird dadurch die Wand ¬ stärke des Napfes reduziert, wobei die Länge des Napfes zu ¬ nimmt. Üblicherweise werden in Pressen zum Abstreckgleit- ziehen oder Abstreckpressen eines Werkstückes 11 in einem Unterwerkzeug 14 mehrere Abstreckringe 10 mit Abstand zuei ¬ nander angeordnet, wodurch die Umformung des Werkstücks 11 schrittsweise bzw. stufenweise erfolgt.

Der Abstreckring 10 besteht beim Ausführungsbeispiel aus Metall und insbesondere aus Hartmetall oder Werkzeug ¬ stahl. Er ist um seine Längsachse L ringförmig vollständig geschlossen. Die Arbeitsfläche 15 ist an der Längsachse L zugewandten Innenfläche 16 des Abstreckrings 10 angeordnet. Dabei kann die Arbeitsfläche 15 ein Bestandteil der Innen ¬ fläche 16 oder von der gesamten Innenfläche 16 gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel weist die Arbeitsfläche 15 einen ersten Flächenabschnitt 15a und einen zweiten Flä ¬ chenabschnitt 15b auf. Beide Flächenabschnitte 15a, 15b sind gegenüber der Längsachse L geneigt und haben die Form einer Kegelstumpfmantelfläche . An der Übergangsstelle zwi ¬ schen den beiden Flächenabschnitten 15a, 15b ist eine Abstreckkante 17 gebildet, die in Abwandlung zu den schemati ¬ schen Darstellungen in Figuren 1 und 2 auch mit einem Radius versehen sein kann. An der Abstreckkante ist der Durch- messer der Arbeitsfläche 15 am kleinsten, wobei der Durchmesser in Richtung der Längsachse L in beide Richtungen zunimmt .

Beim Abstrecken des Werkstücks 11 gelangt die Arbeits ¬ fläche 15 in Kontakt mit dem Werkstück 11. Aufgrund der Reibung und des Drucks zwischen dem Werkstück 11 und der Arbeitsfläche 15 kann es dazu kommen, dass Partikel des Werkstückmaterials am Abstreckring 11 hängen bleiben und dort aufgrund der Einwirkung des Drucks zwischen dem Werkstück 11 und dem Abstreckring 11 anhaften. Dieser Vorgang wird auch als Kaltaufschweißen bezeichnet. Diese Material- anhaftungen an dem Abstreckring 10 führen dazu, dass sich dessen Form im Bereich der Arbeitsfläche 15 verändert und mithin nicht mehr zur gewünschten Umformung des Werkstücks 11 führt. Der Abstreckring 10 muss deswegen bislang nach einer bestimmten Anzahl von Umformvorgängen ausgebaut und gereinigt werden. Während dieser Zeit steht die Presse still .

Erfindungsgemäß werden solche Kaltaufschweißungen bei der Umformung vermieden oder zumindest verringert. Dies wird dadurch erreicht, dass in die Arbeitsfläche 15 und/oder in die gesamte Innenfläche 16 des Abstreckringes 10 eine Mikrostruktur 22 eingebracht wird, die in Figur 2 stark schematisiert gepunktet veranschaulicht ist. Die Mik ¬ rostruktur 22 kann in Abwandlung zur Darstellung nach Figur 2 auch in der gesamten Innenfläche 16 vorhanden sein. Die Mikrostruktur 22 ist unmittelbar im Werkstoff des Abstreckringes 10 ausgebildet. Der Abstreckring 10 weist im Bereich der Arbeitsfläche 15 und insbesondere im Bereich der gesam ¬ ten Innenfläche 16 keine Beschichtung auf. Beim Ausführungsbeispiel ist der Abstreckring 10 vollständig aus einem einheitlichen metallischen Material hergestellt. Die Mirkostruktur 22 weist Erhebungen 23 und/oder Vertiefungen 24 auf, wodurch in der Arbeitsfläche 15 des Ab ¬ streckringes 10 beispielsgemäß ein gleichmäßiges Muster von Erhebungen 23 und damit auch von dazwischen angeordneten Vertiefungen 24 gebildet ist. Alternativ hierzu wäre es auch möglich, die Erhebungen 23 und/oder Vertiefungen 24 ungleichmäßig und beispielsweise stochastich innerhalb der Arbeitsfläche 15 zu verteilen, was lediglich beispielhaft schematisch in Figur 12 dargerstellt ist. Die Mikrostruktur 22 ist eine Formgestalt der Arbeitsfläche 15, die unabhän ¬ gig von und zusätzlich zu der Rauheit der Arbeitsfläche 15 ausgebildet ist.

In den Figuren 3 bis 12 sind verschiedene Formen be ¬ ziehungsweise Ausführungsbeispiele von Erhebungen 23 zur Bildung einer Mikrostruktur 22 schematisch dargestellt. Es ist auch möglich, die Konturen oder Formen dieser Erhebungen 23 für die Vertiefungen 24 zu verwenden und sozusagen zu den Erhebungen komplementäre Vertiefungen auszuführen und dadurch eine Mikrostruktur 22 zu erhalten. Auch eine Kombination solcher Vertiefungen mit den dargestellten Erhebungen 23 ist möglich.

Quer zum Normalenvektor N auf die Arbeitsfläche 15 bzw. auf einen Flächenabschnitt 15a, 15b der Arbeitsfläche 15 weisen die Erhebungen 23 und/oder Vertiefungen 24 zumindest in eine Dimension einer Querabmessung Q auf, die beispielsgemäß kleiner ist als 20 Mikrometer und insbesondere kleiner als 1000 Nanometer. In der jeweils anderen Dimension quer zum Normalenvektor N kann die Abmessung der Erhebung 23 bzw. der Vertiefung 24 größer sein, wobei es sich insbesondere auch um sozusagen linienförmige Erhebungen 23 und Vertiefungen 24 handeln kann, die um die Längsachse L ringförmig geschlossen ausgeführt oder an den in Richtung der Längsachse L gesehen vorhandenen Enden der Arbeitsflä- che 15 enden können. Derartige Beispiele für linienförmige Erhebungen bzw. Vertiefungen sind in den Figuren 8 bis 11 im Querschnitt schematisch veranschaulicht.

Durch die Mikrostruktur 22 werden Kaltaufschweißungen auf die Arbeitsfläche 15 des Abstreckrings 10 vermieden o- der zumindest verringert. Beim Umformen des Werkstücks 11 kann es dazu kommen, dass Partikel des Werkstückmaterials an der Arbeitsfläche 15 des Abstreckringes 10 hängenblei ¬ ben. Aufgrund der Mikrostrukturierung 22 ist die Kontaktfläche zwischen solchen Partikeln und der Arbeitsfläche 15 reduziert. Die Adhäsion ist dadurch verringert. Dies führt dazu, dass beim nächsten Umformvorgang solche an der Arbeitsfläche 15 befindlichen Partikel sehr leicht abge ¬ streift werden können, wodurch die Gefahr von Kaltauf- schweißungen deutlich verringert ist.

Abhängig von der konkreten Umformaufgabe kann die Gestaltung und Dimensionierung der Mikrostruktur 22 verschieden sein. Beispielsweise ist die Form und Dimensionierung von Erhebungen 23 und Vertiefungen 2 4 davon abhängig, aus welchem Material das Werkstück 11 besteht. Dabei ist insbe ¬ sondere die Materialpaarung zwischen dem Material des Abstreckringes 10 und dem Material des Werkstücks 11 zu be ¬ rücksichtigen. Beim Abstrecken von Näpfen zur Umformung in einen Dosenkörper wird häufig Aluminium oder Weißblech verwendet, das in Abhängigkeit vom Verwendungszweck der Dose auch mit Kunststoff beschichtet sein kann.

Die Gestalt und Dimensionierung der Unebenheiten 23 , 2 4 der Mikrostrukturierung 22 lässt sich somit variieren. Es können sowohl linienförmige Erhebungen 23 bzw. Vertiefungen 2 4 (Figuren 8 bis 11) als auch noppenartige Erhebungen 23 oder Vertiefungen 2 4 verwendet werden. In den Figuren 3 bis 7 sind lediglich beispielhaft einige Ausgestal- tungen für noppenartige Erhebungen 23 veranschaulicht, zwi ¬ schen denen rasterförmige, linienhafte Vertiefungen 24 verlaufen, die die einzelnen Erhebungen 23 voneinander trennen .

Der maximale Höhenunterschied H zwischen den Maxima S beziehungsweise Spitzen der Erhebungen 23 sowie den Minima G dem Grund der Vertiefungen 24 beträgt beim Ausführungs ¬ beispiel weniger als 500 Nanometer. Der Höhenunterschied H wird in Richtung des Normalenvektors N auf die Arbeitsflä ¬ che 15 bzw. den jeweiligen Flächenabschnitt 15a, 15b gemes ¬ sen .

In den Figuren 3 bis 7 sind verschiedene Ausführungs ¬ beispiele von Mikrostrukturen 22 stark schematisiert veranschaulicht. Die einzelnen Erhebungen 23 sind bei diesen Ausführungsbeispielen durch linienhafte, nutartige Vertie ¬ fungen 24 voreinander getrennt. Die Erhebungen 23 können quader- oder würfelförmig (Figur 3), zylindrisch (Figur 4), kegelstumpfförmig (Figur 5), ringförmig (Figur 6) oder pyramidenförmig bzw. tetraederförmig (Figur 7) ausgeführt sein. Auch andere Formen, wie etwa wabenförmige Erhebungen 23 oder sphärische Erhebungen 23 können verwendet werden. Diese genannten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft. Es existiert eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Erhebungen 23 zu gestalten. Wichtig ist, dass die Auflageflä ¬ che bzw. Kontaktfläche zwischen dem Material des Werkstücks 11 und dem Abstreckring 10 reduziert wird, wodurch die Haf ¬ tung zwischen einem Materialpartikel des Werkstückmaterials und der Arbeitsfläche 15 reduziert wird.

Die Erhebungen 23 können rotationssymmetrisch um ihre jeweilige Längsmittelachse M sein (Figuren 4 bis 6) . Sie können sich zu ihrem freien Ende hin verjüngen, was beispielhaft in Figur 5 anhand einer Kegelstumpfform und in Figur 7 anhand einer Pyramidenform veranschaulicht ist. Anstelle der Pyramiden- oder Tetraederform in Figur 7 könnten somit beispielsweise auch pyramidenstumpfförmige oder tet ¬ raederstumpfförmige Erhebungen 23 vorgesehen sein. Bei sol ¬ chen Ausführungsformen der Erhebungen 23 bilden sich gegenüber der Mittelachse M geneigte Flanken 25. Der Neigungs ¬ winkel CC gemessen zwischen einer solchen Flanke 25 und der Mittelachse M oder einer Parallelen zur Mittelachse M kann im Bereich zu 110° bis 160° liegen.

Der Abstand zwischen zwei Erhebungen 23 ist beispiels ¬ gemäß zwischen den Mittelachsen M bzw. den Mittelebenen E zweier benachbarter Erhebungen 23 definiert. Entsprechend ist der Abstand A zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 24 definiert als Abstand A zwischen deren Mittelachsen M bzw. Mittelebenen E. Lässt sich aufgrund der Form eine Mittelachse M bzw. eine Mittelebene E bei einer Erhebung 23 oder einem Vorsprung 24 nicht bestimmen, so kann der Abstand A zwischen zwei benachbarten Erhebungen 23 oder zwei benachbarten Vertiefungen 24 zwischen den Maxima S der benachbarten Erhebungen 23 bzw. den Minima G zwischen benachbarten Vertiefungen 24 gemessen werden. Es ist bei ungleichmäßigen Mikrostrukturen 22 - wie beispielhaft in Figur 12 veranschaulicht - auch möglich, den Abstand A zwischen den Flächenschwerpunkten der Erhebungen 23 zu bestimmen. Entsprechend kann diese Abstandbestimmung auch bei benachbarten Vertiefungen 24 erfolgen.

Der auf eine der genannten Arten bestimmte Abstand A zwischen zwei benachbarten Erhebungen 23 bzw. zwei benachbarten Vertiefungen 24 ist beim Ausführungsbeispiel kleiner als 50 Mikrometer und vorzugsweise kleiner als 1000 Nanome- ter. Vorzugsweise ist dieser Abstand A größer als 50 Nano- meter . Solche Mikrostrukturen 22 im Nanometerbereich oder Mirkometerbereich können durch Laserabiation auf der Arbeitsfläche 15 erzeugt werden. Beispielsweise können auch mehrere Laserstrahlen interferometrisch überlagert werden, um die gewünschten Strukturen auf der Arbeitsfläche 15 auszubilden .

Bei gleichmäßigen Mikrostrukturen 22 ist der Abstand A zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 24 oder zwei benachbarten Erhebungen 23 jeweils konstant. Es wird dadurch ein gleichmäßiges, einheitliches Muster der Mikrostruktur 22 entlang der gesamten Arbeitsfläche 15 erreicht. Es ist auch möglich, unterschiedliche Mikrostrukturen 22 in unterschiedlichen Abschnitten oder Bereichen der Arbeitsfläche 15 vorzusehen. Beispielsweise kann im Bereich des ersten Flächenabschnitts 15a eine andere Mikrostruktur 22 vorgese ¬ hen werden, wie im zweiten Flächenabschnitt 15b.

In den Figuren 8 bis 11 sind Erhebungen 23 und Vertie ¬ fungen 24 dargestellt, die beispielsgemäß ringförmig ge ¬ schlossen um die Längsachse L verlaufen, so dass ringförmige Erhebungen 23 bzw. ringförmige Vertiefungen 24 gebildet sind. Wie in den Figuren 8 und 9 schematisch und beispiel ¬ haft veranschaulicht, müssen die Erhebungen 23 bzw. Vertie ¬ fungen 24 gegenüber einer Radialebene relativ zur Längsachse L nicht symmetrisch ausgestaltet sein. Ausgehend von ei ¬ nem Maximum S einer Erhebung 23 kann beispielsweise die Steilheit der Flanken in entgegengesetzte Richtung unterschiedlich groß sein. In Bewegungsrichtung des Werkstückes 11 durch den Abstreckring 10 gesehen gelangt das Werkstück ausschließlich oder hauptsächlich in Kontakt mit dem flacher bis zum Maximum S ansteigenden Flanken 25a, wie es schematisch in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist. Es kann sozusagen eine sägezahnförmige Mikrostruktur 22 erreicht werden, wobei die Kanten im Bereich der Maxima S der Erhebungen und/oder im Bereich der Minima G der Vertiefungen 24 scharfkantig oder abgerundet ausgeführt werden können.

Gemäß Figur 10 sind die Erhebungen 23 im Querschnitt noppenartig ausgeführt und bilden daher ringförmige Rippen. Alle vorbeschriebenen Konturen für die Erhebungen 23 können auch als Negativprofil Vertiefungen 24 in der Arbeitsfläche 15 bzw. dem betreffenden Flächenabschnitt 15a, 15b bilden. Beispielhaft ist dies in Figur 11 veranschaulicht. Anstelle von ringförmigen rippenartigen Erhebungen 23 (Figur 10) können auch entsprechend im Querschnitt konturierte ring ¬ förmige Vertiefungen 24 ausgebildet werden.

In Abwandlung zu den Darstellungen in den Figuren 3 bis 11 müssen die Mittelachsen M bzw. Mittelebene E nicht in dieselbe Richtung orientiert sein wie der Normalenvektor N des betreffenden Flächenabschnitts 15a, 15b bzw. der Ar ¬ beitsfläche 15.

Die im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 11 beschriebenen Konturen für die Erhebungen 23 und Vertiefungen 24 können auch in beliebigen Kombinationen verwendet werden. Da der Abstand der Arbeitsfläche 15 von der Längsachse L aufgrund der Neigung der Flächenabschnitte 15a, 15b nicht konstant ist, nimmt der Druck zwischen dem Werkstück 11 und der Arbeitsfläche 15 zu, je kleiner der Abstand der Ar ¬ beitsfläche 15 von der Längsachse L wird. Es kann daher vorteilhaft sein, die Mikrostruktur 22 in Bereichen mit höherem Druck gegenüber Bereichen mit geringerem Druck unterschiedlich auszuführen.

Die Erfindung betrifft einen Abstreckring 10 zur Verwendung in einer Presse zum Abstreckpressen oder Abstreck- gleitziehen eines Werkstücks 11. Der Abstreckring 10 weist eine Arbeitsfläche 15 auf, die beim Umformen des Werkstücks 11 in Kontakt mit dem Werkstück 11 gelangt und das Fließen des Werkstückmaterials verursacht. Um Kaltaufschweißungen im Bereich der Arbeitsfläche 15 des Abstreckrings 10 zu vermeiden ist in die Arbeitsfläche 15 eine von der Rauheit der Arbeitsfläche verschiedene Mikrostruktur 22 einge ¬ bracht, die Erhebungen 23 und/oder Vertiefungen 24 in der Arbeitsfläche 15 bildet. An der Arbeitsfläche 15 nach dem Umformen eines Werkstücks 11 verbleibende Materialpartikel haften daher weniger stark an der Arbeitsfläche 15 an und können beim nächsten Umformvorgang abgestreift werden.

Bezugs zeichenliste :

10 Abstreckring

11 Werkstück

12 Stempel

13 Ringhalterung

14 Unterwerkzeug

15 Arbeitsfläche

15a erster Flächenabschnitt

15b zweiter Flächenabschnitt

16 Innenfläche

17 Abstreckkante

22 Mikrostruktur

23 Erhebung

24 Vertiefung

25 Flanke

25a Flanke mit kleinerer Neigung

A Abstand

G Minimum

E Mittelebene

H Höhenunterschied

L Längsachse

M Mittelachse

N Normalenvektor

Q Querabmessung

S Maximum




 
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