Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zum Umformen eines Materials.

Nach dem Stand der Technik sind Umformwerkzeuge allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise beim Strangpressen, Strangziehen, Gesenkschmieden oder dgl. eingesetzt.

Beim Umformen insbesondere metallischer Materialien treten hohe Temperaturen, hohe Drücke und/oder hohe Scherkräfte auf. Infolgedessen kann es bei aus Metall hergestellten Umformwerkzeugen dazu kommen, dass das umzuformende Material in einem Kontaktbereich mit dem Umformwerkzeug verschweißt. Abgesehen davon kann wegen der hohen Temperaturen beispielsweise eine Matrize bei einem

Strang presswerkzeug oder ein Ziehstein bei einem Strangzieh- bzw. Ziehwerkzeug unerwünschterweise seine Geometrie verändern. Infolgedessen kommt es zu unerwünschten Maßabweichungen bei den mit dem jeweiligen Umformwerkzeug hergestellten Formteilen.

Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, werden nach dem Stand der Technik insbesondere hochbelastete Kontaktbereiche von Umformwerkzeugen z. B. aus keramischen Werkstoffen hergestellt. Beispielsweise werden bei Strangziehwerkzeugen für dünne Drähte aus Diamant hergestellte Matrizen verwendet. Bei Strangpresswerkzeugen zur Herstellung von dickeren Drähten oder Stäben kommen aus

Keramik hergestellte Matrizen zum Einsatz. - Aus Diamant hergestellte Ziehsteine oder Matrizen sind teuer. Keramische Werkstoffe sind spröde und brechen infolgedessen leicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen.

Es soll insbesondere ein möglichst kostengünstig herstellbares Umformwerkzeug angegeben werden, welches eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Maßhaltigkeit der damit hergestellten Formteile erhöht und ein entsprechendes Formteil angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Umformwerkzeug vorgesehen, bei dem ein mit dem umzuformenden Material in Kontakt kommender Kontaktbereich zumindest abschnittsweise aus einer mit Fasern verstärkten Keramik gebildet ist. Bei dem umzuformenden Material handelt es sich vorteilhafterweise um Metall, metallische

Kompositwerkstoffe, Kunststoffe oder dgl.

Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ist kostengünstig herstellbar und zeichnet sich durch eine hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Auch nach langen Standzeiten können damit Formteile mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Matrix der Keramik aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe gebildet: Silicium, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Kohlenstoff, Bornitrid, Borcarbid, Si/B/N/C. Die Fasern der Keramik können aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Carbonfasern, Grafitfasern, Siliciumfasern,

Bornitridfasern, Aluminiumoxidfasern, Si/B/N/C, Siliciumoxidfasern.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Keramik einen Volumenanteil an Fasern von höchstens 80%, vorzugsweise 2 bis 60%, besonders bevorzugt 20 bis 40%, auf. Die Fasern sind im Wesentlichen, beispielsweise zu mehr als

95%, insbesondere zu mehr als 98%, aus Kurzfasern mit einer Länge von 0,1 bis 5 mm gebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Fasern in Form von Faserbündeln, Gewebematten oder Filzen vorzusehen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Keramik eine eine Bearbeitung mittels Funkenerosion ermöglichende elektrische Leitfähigkeit auf. Die Keramik kann zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit elementares Silicium oder elektrisch leitfähige Fasern enthalten. Die Matrix der Keramik kann bis zu 20 Gew.%, vorzugsweise nicht mehr als 15 Gew.%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 Gew.%, elementares Silicium enthalten. Es ist auch denkbar, die elektrische Leitfähigkeit durch andere in der Keramik enthaltende Bestandteile, beispielsweise Metalle, herzustellen. Durch Funkenerosion können Einsätze oder Umformwerkzeuge mit komplizierten geometrischen Formen hergestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, ein Umformwerkzeug zum Gesenkschmieden herzustellen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Keramik in Form eines Einsatzes zum Einsetzen in eine dazu korrespondierende Aufnahme am Umformwerkzeug ausgebildet. Das bietet den Vorteil, dass nicht das gesamte Umformwerkzeug, sondern nur der Einsatz aus der Keramik ausgebildet werden muss. Bei dem Einsatz kann es sich um eine Matrize, einen Ziehstein oder auch eine Auskleidung des Formhohlraums des Umformwerkzeugs handeln. Bei Verschleiß muss jeweils nur der Einsatz ausgetauscht werden. Abgesehen davon können in die Aufnahme auch unterschiedliche Einsätze eingesetzt werden, um z. B. Formteile mit unterschiedlicher Geometrie herzustellen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Umformwerkzeug als Strangziehwerkzeug, Strangpresswerkzeug oder Schmiedewerkzeug ausgebildet.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Formteil beansprucht, welches unter

Verwendung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs hergestellt ist. Bei dem Formteil kann es sich um ein stranggepresstes Profil, einen Draht oder ein geschmiedetes Formteil handeln.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Strang presswerkzeug in einer Schnittansicht,

Fig. 2 das Strangpresswerkzeug gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 3 ein Strangziehwerkzeug in einer Schnittansicht und

Fig. 4 das Strangziehwerkzeug gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Strangpresswerkzeugs. Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Aufnahme bezeichnet. In die Aufnahme 1 ist ein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Einsatz eingesetzt. Der Einsatz 2 ist aus einer mit Fasern verstärkten Keramik gebildet. Die Keramik ist hier aus C/SiC, d. h. mit Kohlenstofffasern verstärktes Siliciumcarbid, hergestellt. Die Aufnahme 1 und der Einsatz 2 sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weisen zueinander konzentrische Durchgänge 3, 4 für das umzuformende Material auf. Der Einsatz 2 stützt sich in der Aufnahme 1 in Materialflussrichtung M auf einer in einer Ausnehmung 5 ausgebildeten Stützfläche 6 ab. Die Tiefe T der Ausnehmung 5 ist dabei größer ausgebildet als die Höhe H des Einsatzes 2. Ferner weist der Einsatz 2 an einer Materialeintrittsseite eine abgerundete umlaufende Kante 7 auf. Dadurch wird erreicht, dass die Scherbelastung auf den Einsatz 2 beim Abscheren eines Pressrests verringert wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Durchgänge 3, 4 mit kreisförmigen Querschnitten ausgebildet. Mit dem beschriebenen Strangpresswerkzeug können insbesondere

Stangen und Drähte hergestellt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Durchgänge zur Herstellung anderer Geometrien auszubilden.

Das Strangpresswerkzeug eignet sich sowohl zum Kaltumformen als auch zum Warmumformen. Es können sowohl Werkstoffe umgeformt werden, welche vor dem

Umformen nicht erwärmt werden, wie beispielsweise Kunststoffe, als auch Werkstoffe, welche vor dem Umformen erwärmt werden, wie beispielsweise Metalle und Metalllegierungen, insbesondere Aluminium oder Messing.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Strangziehwerkzeugs. Das Strangziehwerkzeug weist eine Aufnahme 1 auf. In die Aufnahme 1 ist ein Einsatz 2 aus C/SiC eingesetzt. Die Aufnahme 1 und der Einsatz 2 sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weisen zueinander konzentrische Durchgänge 3, 4 für das umzuformende Material auf. Der Einsatz 2 weist an einer Materialeintrittsseite eine abgerundete Kante 7 auf und stützt sich in Materialflussrichtung M auf einer in der Aufnahme 1 gebildeten Stützfläche 6 ab.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Durchgänge 3, 4 des Strangziehwerkzeug zur Herstellung kreisförmiger Geometrien ausgebildet, insbesondere zur Herstellung von Stangen oder Drähten. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Strangziehwerkzeug zur Herstellung anderer Geometrien auszubilden.

Zur Herstellung von Halbzeugen, beispielsweise von Messingstangen oder Messingdrähten, ist es besonders vorteilhaft, wenn das umzuformende Material zunächst mit einem erfindungsgemäßen Strang presswerkzeug und anschließend mit einem erfindungsgemäßen Strangziehwerkzeug umgeformt wird. Es können beispielsweise Sondermessinge mit eingebetteten harten intermetallischen Fasern zunächst bei etwa 700 ⁰ C, abhängig von der zur Verfügung stehenden Kraft ist eine Umformtemperatur größer 600 ⁰ C erforderlich, mit einem Strangpresswerkzeug gemäß der Figuren 1 und 2 und anschließend kalt mit einem Strangziehwerkzeug gemäß der Figuren 3 und 4 umgeformt werden. Die hergestellten Halbzeuge weisen eine hohe

Maßhaltigkeit auf. Ferner sind die verwendeten Umformwerkzeuge besonders verschleißarm. Nach einer dritten, nicht figürlich dargestellten Ausführungsform ist das Umformwerkzeug als Schmiedewerkzeug ausgebildet. Auch hier ist ein mit dem umzuformenden Material in Kontakt kommender Kontaktbereich zumindest abschnittsweise aus einer mit Fasern verstärkten Keramik ausgebildet, beispielsweise C/SiC. Die Keramik kann bis zu 20 Gew.% elementares Silicium enthalten. Durch das in der Keramik enthaltene elementare Silicium kann die Keramik mittels Funkenerosion bearbeitet werden. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Werkzeug zum Gesenkschmieden herstellen. Die Kohlenstofffasern erlauben einen schnellen Wärmeabtransport aus der Umformzone, insbesondere aus dem Kontaktbereich zwischen Werkzeug und umzuformenden Material. Ein solches Schmiedewerkzeug kann vorteilhafterweise den beim Umformen durch Materialfluss entlang der Werkzeugoberfläche entstehenden hohen Scherkräften standhalten. Die Keramik kann ferner den hohen Druck- und Temperaturbelastungen sowie den ggf. durch eine Kühlung des Werkzeugs auftretenden Temperaturwechselbelastungen und/oder Thermoschockbelastungen standhalten. Auf Grund der geringen Wärmeausdehnung der

Keramik können mit einem solchen Werkzeug, insbesondere gesenkgeschmiedete, Bauteile mit hohen Maßhaltigkeitsanforderungen gefertigt werden.

Bezugszeichenliste

1 Aufnahme

2 Einsatz

3 Durchgang der Aufnahme

4 Durchgang des Einsatzes

5 Ausnehmung

6 Stützfläche

7 Kante

M Materialflussrichtung

T Tiefe

H Höhe