AT403893B

AT403893B - Vorrichtung mit einem werkzeug zur herstellung von hohlkörpern

Info

Publication number: AT403893B
Application number: AT90294A
Authority: AT
Inventors: Bernhard Zandonella
Original assignee: Boehlerit Gmbh & Co Kg
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1998-06-25
Also published as: ATA90294A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Werkzeug zur Herstellung, insbesondere zum Abstreckziehen von Hohlkörpern, insbesondere von Dosenkörpern, aus tiefziehfähigem Werkstoff wie Aluminium, Kupfer, Stahl und dergleichen, bestehend Im wesentlichen aus einem Stempel, gegebenenfalls einem Niederhalter und Nachziehring, mindestens einer Matrize, insbesondere mindestens einem Abstreckring, einem Bombierwerkzeug sowie gegebenenfalls einem Abstrelfer, wobei zumindest Teile des Werkzeuges aus Hartmetall gebildet sind.

Ein Tiefziehen von Hohlkörpern stellt eine bekannte Fertigungstechnik für Behältnisse, insbesondere Einwegdosen und dergl. für die Genussmittelindustrie, dar. Prinzipiell unterscheidet man zwischen zwei unterschiedlichen Tiefziehverfahren, woraus sich auch zwei verschieden gestaltete Werkzeuge ergeben : Zum einen erfolgt ein Ziehen ohne gewollte Veränderung der Dicke des Vormaterials bzw. Bleches, wobei die Matrize eine Bohrung mit einer Schleppkurve bzw Radiusziehkante aufweist ; zum anderen wird ein Ziehen, bei welchem Ziehfalten durch ein gleichzeitiges Abstrecken mit einer Wandstärkenverringerung, ein sogenanntes Abstreckziehen, vorgenommen, wobei die Matrize eine kegelige Eingangsöffnung mit einem Übergangsradius zum Kaliberteil besitzt.

Den unterschiedlichen Verfahren und Werkzeugformen entsprechend werden auch verschiedenartige Verschleisserscheinungen an den Matrizen beobachtet. Bei sogenannten Schiepptiefziehen kommen fast ausschliesslich Oberflächenspannungen und Oberflächenkräfte zur Wirkung, die Pressschweissung, Mitreissen von Kristallen des Werkstoffen, gegebenenfalls des Hartmetallgefü- ges und damit Riefenbildung am Produkt zur Folge haben. Bei einem Abstreckziehring hingegen tritt oberhalb des Übergangsradius von der kegeligen Eingangsöffnung in den Kalibnerteil ein nngförmlger Verschleiss wie beispielsweise bei einem Ziehstein auf. Durch Nacharbeit kann der Ring zumeist einige Male repariert werden.

Mehrfachmatrizen, welche eine Kombination obiger Tiefziehringarten darstellen, werden zumeist für eine Getränkedosen- und dergleichen Herstellung eingesetzt Mit diesem Werkzeug wird tiefgezogen und gleichzeitig kalibriert. Am Stempel treten dabei hohe Haft- und Abstreifkräfte auf, die oft besondere Abstreifer für die Rohdosen erforderlich machen.

Der Reibungswert zwischen Hartmetall und den zu verarbeitenden Werkstoffen ist geringer als zwischen diesen und Werkzeugstahl, so dass für Ziehringe bzw. die Aussenwerkzeugteile meist Hartmetall eingesetzt wird. Der zentrale Innenteil bzw. der Ziehstempel besteht jedoch zumeist aus zähfestem Werkzeugstahl, weil beim Tiefziehvorgang an der Stempeloberfläche keine grosse Relativbewegung zur Werkstückoberfläche eintritt und zumeist hohe Biegekräfte wirksam sind. Trotz eines gleichsam Auf- bzw. Anlegens des Behältniswerkstoffes an den Stempel weist dieser nur beschränkte Haltbarkeit auf.

Um die Haltbarkeit von Tiefziehstempeln zu vergrössern, wurde schon versucht, statt Werkzeugstahl Hartmetall als Werkstoff zu verwenden. Bei einem Einsatz von Hartmetall-Tiefziehstempeln konnte zwar zumeist eine Verringerung des Verschleisses erreicht werden, die Belastungen der Vorrichtung jedoch, die Bruchgefahr und Gewichtsprobleme mit einem fast doppelt so schweren Stempel stellen wesentliche Nachteile dar.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen mit Werkzeugen zur Herstellung von Hohlkörpern zu beseitigen und Werkzeugteile mit erhöhter Haltbarkeit sowie verbesserten Gebrauchseigenschaften zu schaffen und damit die Qualität der Produkte und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung anzuheben.

Dieses Ziel wird bei einer Vorrichtung mit einem Werkzeug der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zumindest der oberflächennahe, im wesentlichen zylindrische Arbeitsbereich des Stempels aus einem leichten Hartmetall mit einer Dichte bzw. einem spezifischen Gewicht von 5, 5 bis 8, 0g/cm3 bzw. von (5, 5 bis 8, 0) x1 04 N/m3, einem sogenannten Cermet, gebildet ist. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass der Oberftächenverschteiss stark gemindert und die Einsatzdauer derartiger Stempel wesentlich erhöht sind. Weiters wird verbesserte Qualität der Hohlkörper mit gleichmässiger Wandstärkenausbildung bei verminderter Presskraft und Belastung der Vorrichtung erreicht, wodurch weitere wirtschaftliche Vorteile gegeben sind.

Es können kleinere Kantenradien an den Ziehteilen gewählt werden, wobei auch die Rissgefahr am Bodenrand wesentlich verringert ist. Diese vorteilhaften Wirkungen waren für den Fachmann höchst überraschend, weil es bekannt ist, dass leichte Hartmetalle im Vergleich mit den üblichen Materialien sehr spröde und riss- sowie bruchempfindliche Werkstoffe darstellen und den stossweisen Belastungen nicht standhalten können. Es musste auch befürchtet werden, dass durch eine Verringerung des Reibungswertes zwischen dem Stempel und dem Ziehteil ein Anlegen des Werkstoffes an der Stempeloberfläche mit vergrösserter Gleitwirkung erfolgt und daher ein Materialstau in der kegeligen Eingangsöffnung der Matrize und eine ungünstige Umformstruktur bei vergrösserter Rissgefahr am Bodenrand des Ziehteiles entstehen.

Bei Überwindung dieser Vorurteile wurde mit dem erfindungsgemässen Werkzeugteil nicht nur eine wesentliche Erhöhung der Standzeit des Stempels festgestellt, sondern es wurde überraschend auch eine Verschleissminderung der Ziehringe bzw. der

Matrizen gefunden.

Bevorzugt ist, wenn der Stempel, wie an sich bekannt, zumindest aus einem Im wesentlichen zylindrischen Abstreckziehteil sowie einem Nasenteil, welche Teile miteinander lösbar verbunden sind, besteht und dass der Abstreckziehteil aus einem leichten Hartmetall bzw. Cermet gebildet ist. Wenn gemäss einer bevorzugten Form der Nasenteil des Stempels aus zähfestem und verschleissfestem Werkstoff mit einer Härte von grösser als 56 HRC, zum Beispiel aus vergütetem Werkzeugstahl oder aus schwerem Hartmetall mit einer Dichte bzw. einem spezifischen Gewicht von 10, 0 bis 15, 6 g/cm3 bzw. von (10, 0 bis 15, 6) x1 () 4 N/m3 gebildet ist, kann eine Gefahr von Kantenausbrüchen des den Bodenring des Presslinges formenden Werkzeugteile weiter vermindert werden.

Sowohl für einen raschen Umbau zur Herstellung von Presslingen mit unterschiedlichen Bodenformen, die als Markenzeichen dienen können, als auch zur Verkleinerung des Werkzeuglagers sowie einer Erhöhung der Einsatzflexibilität hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Im Zusammenwirken im wesentlichen prägenden Teile und zwar Bombierwerkzeug und Nasenteil des Stempels durch einfach lösbare Verbindungen in der Vorrichtung befestigt sind.

Im Sinne einer gesteigerten Haltbarkeit der äusseren Werkzeugteile hat es sich weiters als günstig erwiesen, wenn die Abstrecknnge und gegebenenfalls der Nachziehring als an sich bekannte Verbundmatrizen mit mindestens einem Arbeitsteil und einem diesen haltenden Stützkörper ausgebildet sind, wobei der Arbeitsteil aus Hartmetall, insbesondere aus leichtem Hartmetall, besteht.

Materialtechnisch, jedoch auch hinsichtlich der Belastung der Vorrichtung beim Tiefziehhub ist von Vorteil, wenn das leichte Hartmetall im wesentlichen kubische Kristallstruktur der Hartstoffphasen mit mindestens 40 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 48 Gew.-% Titannitrid und/oder Titankarbid und/oder Titankarbonitrid aufweist. Weiters kann es günstig sein, wenn zumindest die Arbeitsbereiche der Werkzeugteile aus leichtem Hartmetall gebildet sind.

Schliesslich ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der Oberfläche zumindest eines Teiles des Werkzeuges bzw. dessen Arbeitsfläche (n) mit Hartstoff (en), zum Beispiel Titannitrid, Titankarbonitrid oder dergleichen, mittels eines PVD-oder (Plasma)-CVD-Verfahrens beschichtet ist. Dadurch wird eine weitere Verschleissminderung der Werkzeugteile verbunden mit besonders günstigen Reibwerten bei einer Hohlkör- perpressung erreicht, wodurch auch die Problematik einer Schmiermittelverankerung an den Werkzeugoberflächen verringert 1St.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, welche prinzipiell eine bekannte Vorrichtung mit Mehrfach-Tiefziehwerkzeugen zur Getränkedosen-Herstellung darstellt, erläutert.

Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung im Schnitt
Fig. 2 einen Ausgangsteil eines Hohlkörpers
Fig. 3 ein Bombierwerkzeug
Fig. 4 einen abstreckgezogenen Hohlkörper
Die Vorrichtung 1 besitzt einen Stempel 3, welcher einen Abstreckziehteil 31, erfindungsgemäss aus Cermet gefertigt, aufweist. Frontseitig ist auf diesem ein Nasenteil 32 angeordnet, welcher mit einem Bombierwerkzeug 6, einen Bodenteil prägend, zusammenwirken kann. Der Stempel weist eine zentrale Bohrung 33 für eine Druckluftzuführung auf.

Beim Tiefziehvorgang wird ein Ausgangsteil 02 zwischen einem Nachziehring 41 und einem Niederhalter 4, welche gemäss einer Ausführungsform der Erfindung aus leichtem Hartmetall bestehen können, eingespannt und mittels eines Stempels 3 durch Abstreckztehringe 5, 5', 5" geschoben und ein Hohlkörper 2 geformt. Die Ziehringe sind dabei als Verbundmatrizen mit, gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, aus Cermet gebildeten Arbeitsteilen ausgeführt. Im Gehäuse 11, welches eine Zuführung 12 für Schmierstoffzuführung und -verteilung aufweist, befindet sich austragseitig ein Abstreifer 7, welcher einen gegebenenfalls verstärkten Bördelrand aufweisenden Dosenkörper 21 freisetzt.

Mit einer wie oben prinzipiell beschriebenen Vorrichtung mit einem Mehrfach-Tiefziehwerkzeug aus schwerem Hartmetall und einem Stempel aus vergütetem Werkzeugstahl mit einer Zusammensetzung gemäss DIN Werkstoff Nr. 1. 2379 wurden 1. 003. 475 Dosen mit einer Wandstärke von 0, 12 mm für eine Füllmenge von 0, 33 I gefertigt. Danach war ein Wechsel des Stempels erforderlich. Mit einem im Austausch einesetzten Stempel aus Cermet mit einer Zusammensetzung von ca. in Gew.-% 46 TiC, 11 TiN, 1 WC, 27 MOzC, 0, 5 TaC, Rest Ni und einem spezifischem Gewicht von ca. 6. 1 g/cm3 konnten über 14 Mio. gleichartige Dosen hergestellt werden, wobei deren Wandstärkenunterschiede verkleinert waren und die Ziehvorgänge geringere Vibrationen verursachten.

Mit weiteren erfindungsgemäss ausgestalteten, in den Unteransprüchen gekennzeichneten Werkzeugteile konnten zusätzliche Standzeitverbesser'jngen bei einem Abstreckziehen von Hohlkörpern erreicht werden, wobei eine Optimierung der Ziehkantenausbildung der Matrizen eine nochmalige Steigerung erwarten lässt.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung (1) mit einem Werkzeug zur Herstellung, insbesondere zum Abstreckziehen von Hohlkör- pern (2), insbesondere von Dosenkörpern, aus tiefziehfähigem Werkstoff wie Aluminium, Kupfer, Stahl und dergleichen, bestehend im wesentlichen aus einem Stempel (3), gegebenenfalls einem Niederhal- ter (4) und Nachziehring (41), mindestens einer Matrize, insbesondere mindestens einem Abstreckzieh- ring (5, 5', 5"), einem Bombierwerkzeug (6) sowie gegebenenfalls einem Abstreifer (7), wobei zumindest Teile des Werkzeuges aus Hartmetall gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der oberflächennahe, im wesentlichen zylindrische Arbeitsbereich (31) des Stempels (3) aus einem leichten Hartmetall mit einer Dichte bzw.

einem spezifischen Gewicht von 5. 5 bis 8, 0 g/cm3 bzw. von (5, 5 bis 8,0)x 104N/m3, einem sogenannten Cermet, gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, dass der Stempel (3), wie an sich bekannt, zumindest aus einem im wesentlichen zylindrischen Abstreckziehteil (31) sowie einem Nasenteil (32), welche Teile miteinander lösbar verbunden sind, besteht und dass der Abstreckzlehteil (31) aus einem leichten Hartmetall bzw. Cermet gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nasenteil (32) des Stempels aus zähfestem und verschleissfestem Werkstoff mit einer Härte von grösser als 56 HRC, zum Beispiel aus Werkzeugstahl oder aus schwerem Hartmetall mit einer Dichte bzw. einem spezifischen Gewicht von 10, 0 bis 15, 6 g/cm3 bzw. von (10, 0 bis 15, 6) x10 N/m3 gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zusammen- wirken im wesentlichen prägenden Teile und zwar Bombierwerkzeug (6) und Nasenteil (32) des Stempels (3) durch einfach lösbare Verbindungen in der Vorrichtung (1) befestigt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreckringe ( 5, 5', 5") und gegebenenfalls der Nachziehring (41) als an sich bekannte Verbundmatrizen mit minde- stens einem Arbeitsteil und einem diesen haltenden Stützkörper ausgebildet sind, wobei der Arbeitsteil aus Hartmetall, insbesondere aus leichtem Hartmetall, besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das leichte Hartmetall im wesentlichen kubische Knstallstruktur der Hartstoffphasen mit mindestens 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 48 Gew.-% Titannttrid und/oder Titankarbid und/oder Titankarbonitnd aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Arbeitsbereiche der Werkzeugteile aus leichtem Hartmetall gebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Oberfläche zumindest eines Teiles des Werkzeuges bzw. dessen Arbeitsfläche (n) mit Hartstoff (en), zum Beispiel Titannitrid, Titankarbonitrid oder dergleichen, mittels eines PVD- oder (Plasma-) CVD- Verfahrens beschichtet ist.