Beschreibung

Die Erfindung befasst sich mit einem Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück.

Aus AT-PS 254 658 ist es bekannt, anstelle der üblichen konventionellen Zerspanungsverfahren ein Warmzerspanungsverfahren einzusetzen, wodurch sich eine deutliche Leistungssteigerung erzielen lässt. Durch gezielte und kontrollierte Wärmeeinleitung während des Bearbeitungsprozesses lässt sich die

Zerspanbarkeit des Werkstoffes des Werkstückes signifikant verbessern. Hierbei wird das zu bearbeitende Werkstück gezielt lokal im Bereich der Bearbeitungszone erwärmt, bevor das Bearbeitungswerkzeug die Bearbeitung des Werkstücks ausführt. Für den Wärmeeintrag in das Werkstück kommt ein Plasmastrahl beispielsweise in Betracht. Grundsätzlich sind für das Vorwärmen der Werkstücke vor dem Warmzerspanen beispielsweise die verschiedensten Möglichkeiten geeignet, welche die Erreichung hoher Energiedichten gestatten, wie z.B. Elektronenstahl, Laserstrahl usw.

Aus DE 196 13 183 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstücks aus einem härtbaren Stahl bekannt, bei denen eine zerspanungsbedingte lokale Kurzzeiterwärmung des Werkstücks ausgenutzt und die Werkstückoberfläche im Bereich unmittelbar hinter der Schneide durch Laserstrahleinwirkung mittels einer meißelintegrierten Lichtleiterfaser lokal weiter bis auf Umwandlungstemperatur des zu zerspanenden Werkstoffes erwärmt wird.

Aus DE 1 565 334 A1 ist ein Verfahren zum Warmzerspanen mit Hilfe eines düsenlosen Plasmabrenners zur lokalen Vorwärmung des Werkstücks bekannt. Eine Erwärmung mittels Plasmabrenner zur lokalen Erwärmung des Werkstücks ist auch aus DE 25 12 667 C3 bekannt.

Aus DE 28 18 112 C2 ist ein Verfahren zur Warmzerspanung bekannt, bei dem ein Plasmastrahl eingesetzt wird, der auf die Schnittfläche vor dem Schneidwerkzeug gerichtet wird.

Allen diesen bekannten Warmzerspanungsverfahren ist gemeinsam, dass man mithilfe von zusätzlichen Einrichtungen und vor dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang, wie dem Zerspanen, durch einen geeigneten Energieeintrag eine Aufwärmung bzw. Vorwärmung des Werkstücks vornimmt.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise für eine Warmbearbeitung bereitzustellen, welches kompakt ausgelegt ist und einen effektiven Einsatz gestattet.

Nach der Erfindung wird hierzu ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück bereitgestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass in dem Bearbeitungswerkzeug eine Zuleitungseinrichtung integriert ist, welche ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium aus dem Inneren und durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch möglichst direkt auf die höchst beanspruchte Kontaktzone mit der Werkstückseite beim Warmbearbeiten richtet.

Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug wird ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium mittels einer im Bearbeitungswerkzeug integrierten Zuleitungseinrichtung aus dem Inneren und durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch direkt zu der (den) jeweils höchst beanspruchten Kontaktzone(n) bzw. Bearbeitungszone(n) geleitet. Durch diese Mediumszufuhr durch das Werkzeug hindurch wird dieses zwar geschwächt, aber die Bearbeitungsvorteile beim Warmbearbeiten des Werkstücks überwiegen, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitungszeiten, die Energiebilanz etc.

Ferner gestattet die Erfindung, dass das Werkzeug hindurch gezielt gekühlt und geschmiert wird, während das noch warme oder heiße Werkstück hierbei nahezu unbeeinflusst bleibt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Erfindung versucht, eine Abkühlung und hierdurch bedingt eine mögliche

Gefügeveränderung und Eigenschaftsänderungen am Werkstück zu unterdrücken und zu vermeiden.

Diese in das Bearbeitungswerkzeug integrierte Zuleitungseinrichtung kann in Form eines Kanals oder einer vorbestimmten Materialporosität des Bearbeitungswerkzeugs zur Kontaktzone mit dem Werkstück hin und/oder in Form einer Kapillaren ausgelegt sein.

Die Kapillarität oder die Porosität sind hierbei derart zu wählen, dass durch die Kombination aus dem Druck des Wirkmediums und der Größe der Kapillarität oder Porosität ein Eindringen des Werkstückwerkstoffs unterdrückt und vermieden wird.

Um eine Schwächung des Bearbeitungswerkzeugs möglichst gering zu halten, wird bevorzugt eine Materialporosität als Zuleitungseinrichtung oder eine Kapillare gewählt.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Bearbeitungswerkzeugs ist die Tatsache, dass das Wirkmedium gezielt auf die höchst beanspruchte Kontaktstelle bzw. die Bearbeitungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück gerichtet wird und in das Bearbeitungswerkzeug selbst derart integriert ist, dass das Wirkmedium durch das Bearbeitungswerkzeug hindurchgeht. Ferner wird bei der Erfindung ein Wirkmedium eingesetzt, das tatsächlich unmittelbar in dem hochbeanspruchten oder höchst beanspruchten Bearbeitungsbereich gezielt zur Einwirkung gebracht wird, wobei das Wirkmedium von Luft, Gasen, insbesondere reaktiven Gasen, inerte Gase oder Schutzgase,

Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon gebildet wird.

Dank der direkten Durchleitung des fluiden Wirkmediums zu der höchst beanspruchten Kontaktzone lässt sich die Menge des einzuleitenden fluiden Wirkmediums reduzieren und man erhält günstigere Bearbeitungskräfte in der Bearbeitungszone von Werkzeug und Werkstück, wodurch sich die Materialbearbeitung mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeugs effektiver und kostengünstiger darstellen lässt.

Je nach vorzunehmender Bearbeitung kann dann ein hierfür geeignetes Wirkmedium gewählt werden.

Das Bearbeitungswerkzeug wirkt auf das Werkstück in seinem nach Maßgabe des Werkstückmaterials vorgegebenen warmen Zustand ein. Materialabhängig kann der Temperaturbereich in diesem warmen Zustand zwischen 100° C und 1.250° C liegen.

Erfindungsgemäß wird das Bearbeitungswerkzeug mit der integrierten Zufuhr für ein Wirkmedium zum Zerspanen, insbesondere beim Warmzerspanen, beim Trennen, insbesondere Schneiden/Scheren, Stanzen oder beim Pressen, insbesondere Kaltfließpressen, Halbwarm-Fließpressen, Schmieden oder Tiefziehen eingesetzt.

Wesentlich bei allen diesen Anwendungsfällen ist die Tatsache, dass das fluide oder gasförmige Wirkmedium unmittelbar zu der höchst beanspruchten

Wirkzone am Bearbeitungswerkzeug durch das Bearbeitungswerkzeug hindurch zu dem Werkstück geleitet werden kann. Hierdurch wird das Wirkmedium unmittelbar zu der Stelle geleitet, an der es für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird.

Selbstverständlich sind für die Zuleitungseinrichtung auch Kombinationen aus- Kapillare und Materialporosität möglich.

Zusammenfassend ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung wesentlich, dass zum effektiven Bearbeiten, insbesondere Warmbearbeiten, eines Werkstücks in das Werkzeug integriert ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium vom Inneren des Werkzeugs durch das Werkzeug hindurch zu der höchst beanspruchten Kontaktzone des Werkzeugs mit der Werkstückseite gezielt gerichtet werden kann. Die Einspeisung des fluiden oder gasförmigen Wirkmediums kann mittels Hochdruck, beispielsweise größer als 2000 bar erfolgen. Die Bearbeitungswerkzeuge können aus allen hierfür üblichen Materialien gebildet werden, insbesondere Hartmetall und Keramik.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In der Zeichnung gilt:

Figuren 1 und 2 zeigen in schematischen Ansichten die erfindungsgemäße

Auslegung eines Bearbeitungswerkzeugs für eine zerspanende Bearbeitung,

Figuren 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Bearbeitungswerkzeug für eine Werkstückbearbeitung in Form von Trennen, wie- Schneiden/Scheren oder Stanzen, und Figuren 5 und 6 zeigen ein erfindungsgemäßes Werkzeug in schematischer Schnittdarstellung bei der Anwendung des Pressens, insbesondere Fließpressens.

Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele haben keinerlei beschränkenden Charakter, und es sind selbstverständlich auch noch weitere Bearbeitungsanwendungen, wie Bohren etc. von Werkstücken für den Fachmann denkbar. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch dort verwirklichen.

Die Figuren 1 und 2 beziehen sich auf das Zerspanen, bei dem ein Warmzerspanen als eine spangebende Bearbeitung eines Werkstücks 2 ausgeführt wird. Ein Bearbeitungswerkzeug in Form eines Zerspanungswerkzeug 1 wirkt an einer Kontaktzone 5 auf das Werkstück 2 ein und es wird ein Span 3 erzeugt. Das Bearbeitungswerkzeug bzw. das Zerspanungswerkzeug 1 hat eine darin integrierte Zuleitungseinrichtung 4 für ein fluides Wirkmedium, .welches integriert von der Innenseite des Bearbeitungswerkzeugs 1 in dem gezeigten Beispiel über einen kanalförmigen Abschnitt 4 und/oder eine Kapillare 6 durch das Werkzeug 1 hindurch zu der höchst beanspruchten Kontaktzone von Werkzeug 1 und Werkstück 2 geleitet wird. Hierdurch kann das Wirkmedium gezielt an der höchst beanspruchten Wirkzone zur Einwirkung gebracht werden.

Bei der Auslegung nach Figur 2 ist die Zuleitungseinrichtung 4 in Form einer vorbestimmten Porosität 7 des Bearbeitungswerkzeuges 1 selbst in Richtung zur höchst beanspruchten Kontaktzone 5 von Werkzeug 1 und Werkstück 2 gewählt und in geeigneter Weise eingestellt. Auch hierdurch erfolgt eine gezielte Einwirkung des Wirkmediums an der Kontaktzone 5 oder am Bearbeitungsbereich am Werkstück 2. Die Kombination aus dem Druck des Wirkmediums und der Größe der Kapillarität oder Porosität ist hierbei derart zu wählen, dass wirksam ein Eindringen des Werkstückwerkstoffes vermieden wird.

Die Figuren 3 und 4 befassen sich mit dem Trennen, wie Schneiden/Scheren oder Stanzen zur Bearbeitung eines Werkstücks 2. Bei dieser Bearbeitung hat man ein zweiteiliges Bearbeitungswerkzeug, nämlich einerseits einen Schneidstempel 1 ' und andererseits eine Schneidmatrize 1 ". Diese beiden Bearbeitungswerkzeugteile 1', 1 " wirken an der höchst beanspruchten Kontaktzone 5 mit dem Werkstück 2 auf die entsprechend gewünschte Weise ein. Zu den höchst beanspruchten Kontaktzonen 5 von Bearbeitungswerkzeug 1', 1 " und Werkstück 2 nach Figur 3 wird das Wirkmedium integriert durch das jeweilige Werkzeugteil 1 ', 1 " hindurch und unmittelbar der Kontaktzone 5 zugeleitet und zwar in Figur 3 mittels einer Kapillaren 6 und in Figur 4 mittels einer entsprechenden Porosität 7.

Die Figuren 5 und 6 befassen sich als Anwendungsbeispiel mit dem Pressen, insbesondere Kaltfließpressen, Halbwarm-Fließpressen, Schmieden oder Tiefziehen. Ein Press-Bearbeitungswerkzeug umfasst eine Matrize 10 und einen press-Stempel 11. In der unmittelbaren Kontaktzone 5 oder der Bearbeitungswirkzone von Press-Stempel 11 und Werkstück 2 wird diese höchst beanspruchte Kontaktzone integriert in den Press-Stempel 1 1 und durch diesen hindurch falls erforderlich ein fluides Wirkmedium zugeleitet. In Figur 5 erfolgt die Zuleitung mittels einer Kapillaren 6 und in Figur 6 mit einer geeigneten Porosität 7 in Richtung des höchst beanspruchten Kontaktbereichs des Press-Stempels 1 1.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten der Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.