DE102018203728B4 - Method and device for producing a spring dent in a sheet metal part - Google Patents
Method and device for producing a spring dent in a sheet metal partInfo
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung einer Springbeule (3) in einem Blechteil (1) durch plastische Blechumformung, welche Springbeule (3) von einer ersten Gebrauchslage durch Krafteinwirkung in eine zweite Gebrauchslage überführbar ist und bei Kraftentlastung selbsttätig in die erste Gebrauchslage zurückspringt oder stabil in der zweiten Gebrauchslage verbleibt, wobei die plastische Blechumformung durch ein Laserstrahlumformen erfolgt, bei dem entlang einer vorgegebenen Applikationsbahn (A) von einem Lasergerät (10) zumindest eine Laserschweißnaht (11) als Verformungsnaht in das Blechteil (1) eingebracht wird unter Bildung der Springbeule (3), wobei die fertiggestellte Springbeule (3) als eine kalottenförmige Wölbung in das Blechteil (1) eingeformt ist, wobei die Springbeule (3) einen Beulen-Scheitel (9) aufweist, an dem die Springbeule (3) mit einer maximalen Beulenhöhe (h) gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Formgebungsprozess die entlang der Applikationsbahn (A) verlaufende Laserschweißnaht (11) in einem spiralförmigen Bahnverlauf um den Beulen-Scheitel (9) herum geführt ist, dass im Formgebungsprozess sich die Laserstrahl-Einwirkstelle (E) in dem Bahnverlauf mit sich reduzierendem Abstand zum Beulen-Scheitel (9) hin bewegt, und dass der Bahnverlauf mit einem radialen Bahnabstand (a) zwischen einem radial inneren Bahnabschnitt und einem radial äußeren Bahnabschnitt ausgelegt ist.Method for producing a spring bulge (3) in a sheet metal part (1) by plastic sheet metal forming, which spring bulge (3) can be transferred from a first position of use into a second position of use by the application of force and automatically springs back into the first position of use when the force is released or remains stable in the second position of use, wherein the plastic sheet metal forming is carried out by laser beam forming, in which at least one laser weld seam (11) is introduced into the sheet metal part (1) as a deformation seam by a laser device (10) along a predetermined application path (A) to form the spring bulge (3), wherein the finished spring bulge (3) is formed into the sheet metal part (1) as a dome-shaped curvature, wherein the spring bulge (3) has a bulge apex (9) at which the spring bulge (3) is curved with a maximum bulge height (h), characterized in that in the forming process the The laser weld seam (11) running along the application path (A) is guided in a spiral path around the dent apex (9), in that during the shaping process the laser beam exposure point (E) moves along the path with a reducing distance towards the dent apex (9), and in that the path is designed with a radial path distance (a) between a radially inner path section and a radially outer path section.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Springbeule in einem Blechteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach Anspruch 10.The invention relates to a method for producing a spring dent in a sheet metal part according to the preamble of claim 1 and to a device for carrying out such a method according to claim 10.
Eine Springbeule kann durch ein herkömmliches mechanisches Blechumformverfahren als ein monostabiler oder bistabiler Federabschnitt im Blechteil realisiert sein und bei einer externen Krafteinwirkung unter Nutzung des sogenannten Springbeuleneffektes von einer ersten Gebrauchslage entgegen ihrer Ausformrichtung in eine zweite Gebrauchslage umschlagen. Nach diesem Umschlagen ist die Springbeule in entgegengesetzter Richtung ausgeformt. Bei einer Kraftentlastung kann die Springbeule gegebenenfalls selbsttätig wieder in ihre erste Gebrauchslage zurückspringen (monostabil) oder aber in der zweiten Gebrauchslage verbleiben (bistabil). Ein Blechteil mit einer solchen Springbeule ist in unterschiedlichen Technikgebieten einsetzbar, zum Beispiel um das Blechteil unter Nutzung des Springbeuleneffektes zwischen einer querschnittsreduzierten Gebrauchslage und einer querschnittserweiterten Gebrauchslage zu verstellen.A spring bulge can be realized through a conventional mechanical sheet metal forming process as a monostable or bistable spring section in the sheet metal part. When an external force is applied, it can pivot from a first position of use opposite to its forming direction into a second position of use, utilizing the so-called spring bulge effect. After this pivoting, the spring bulge is formed in the opposite direction. When the force is released, the spring bulge can either automatically return to its first position of use (monostable) or remain in the second position of use (bistable). A sheet metal part with such a spring bulge can be used in various technical fields, for example, to adjust the sheet metal part between a position with a reduced cross-section and a position with an expanded cross-section using the spring bulge effect.
Die Herstellung einer solchen Springbeule erfolgt im Stand der Technik zum Beispiel durch Streckung, bei der formgebende Werkzeuge auf das Blechteil einwirken, um die für das Umformen erforderliche Kraft zu übertragen.In the state of the art, such a spring dent is produced, for example, by stretching, in which forming tools act on the sheet metal part in order to transfer the force required for forming.
Ein solches herkömmliches Blechumformverfahren weist die folgenden beiden Nachteile auf, wonach Probleme bei der Umformung steifer Bleche auftreten. Steife Bleche (hohe Blechdicken bei geringen Abmaßen der zu erzeugenden Beule) können nämlich nicht ohne weiteres mechanisch umgeformt werden, da sonst zu hohe Umformgrade erreicht werden. In diesem Fall kommt es beispielsweise zur Rissbildung an der Oberfläche des Blechs. Zudem ergibt sich bei herkömmlichen Umformverfahren nur eine mangelnde Maßhaltigkeit. Für die prozesssichere Erzeugung des Springbeuleneffektes ist jedoch eine sehr hohe Maßhaltigkeit der Beule entscheidend. Diese kann bisher insbesondere bei steifen Beulen nur unzureichend gewährleistet werden.Such a conventional sheet metal forming process has the following two disadvantages, which cause problems when forming rigid sheets. Rigid sheets (high sheet thicknesses with small dimensions of the dent to be created) cannot be easily mechanically formed, as this would otherwise result in excessive deformation. In this case, for example, cracks may form on the surface of the sheet. Furthermore, conventional forming processes result in poor dimensional accuracy. However, for the reliable creation of the spring dent effect, very high dimensional accuracy of the dent is crucial. This has so far been inadequately guaranteed, especially for rigid dents.
Aus der dem Anspruch 1 oberbegrifflich zugrunde gelegten
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Springbeule in einem Blechteil bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik mit reduziertem Werkzeugaufwand sowie maßhaltiger durchführbar ist.The object of the invention is to provide a method and a device for producing a spring dent in a sheet metal part, which can be carried out with reduced tool expenditure and with greater dimension accuracy compared to the prior art.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1 or 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird die Springbeule durch ein Laserstrahlumformen in das Blechteil eingebracht. Bei dem Laserstrahlumformen wird von einem Lasergerät zumindest eine Laserschweißnaht als Verformungsnaht in das Blechteil appliziert, und zwar unter Bildung der Springbeule.According to the invention, the bulge is introduced into the sheet metal part by laser beam forming. During laser beam forming, a laser device applies at least one laser weld seam as a deformation seam into the sheet metal part, forming the bulge.
Erfindungsgemäß wird somit gezielt der sogenannte Schweißverzug genutzt. Ein solcher Schweißverzug ergibt sich als Folge durch ein Schrumpfen der Laserschweißnaht, wenn sich das Metall abkühlt. Das Schrumpfen führt dann zu einer Eigenspannung sowie zu dem Schweißverzug. In dem Laserstrahlumformen wird mittels eines Lasergerätes derart Wärme in das umzuformende Blechteil eingebracht, das aufgrund des Schweißverzugs die Springbeule entsteht. Die entstehende Springbeulen-Geometrie wird während der Wärmeeinbringung inline stetig überwacht: Auf Maßabweichungen der entstehenden Beule wird auf Basis eines Soll-Ist-Vergleichs entsprechend reagiert, die Beulenerzeugung erfolgt demnach „intelligent“.According to the invention, so-called welding distortion is thus specifically utilized. This welding distortion results from shrinkage of the laser weld seam as the metal cools. This shrinkage then leads to residual stress and welding distortion. In laser beam forming, a laser device introduces heat into the sheet metal part to be formed, causing the spring bulge to develop due to the welding distortion. The resulting spring bulge geometry is continuously monitored inline during heat application: Dimensional deviations of the resulting bulge are responded to accordingly based on a target-actual comparison; the bulge is thus generated "intelligently."
Kommt es durch die Wärmeeinbringung zusätzlich zu Gefügeveränderungen, wird der Effekt des reinen Schweißverzugs verstärkt.If the heat input also causes structural changes, the effect of pure welding distortion is increased.
Unter Nutzung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können hochpräzise Beulen mit hohen Umformgraden auch bei großen Bauteilsteifigkeiten prozesssicher erzeugt werden. Der Einsatz der eingangs erwähnten Fügeverfahren wird vereinfacht bzw. deren Anwendungsspektrum verbreitert.Using this inventive method, high-precision dents with high degrees of deformation can be reliably produced even with high component stiffness. The use of the joining processes mentioned above is simplified and their application spectrum is broadened.
Die erfindungsgemäße Erzeugung von Beulen gliedert sich in folgende Schritte: Zunächst wird das in der Regel ebene Blechteil bereitgestellt. Das umzuformende Blechteil wird auf einen Vorrichtungstisch gelegt, dessen Oberfläche eine schiefe Ebene bildet. Der Winkel der schiefen Ebene ist so groß, dass das Blech auf Grund der Schwerkraft bis zu einem Anschlag rutscht (Haft -und Gleitreibung werden überwunden). Das Blech wird dabei nicht fest mit dem Vorrichtungstisch verbunden, sondern lose auf diesen gelegt.The inventive production of dents is divided into the following steps: First, the generally flat sheet metal part is prepared. The sheet metal part to be formed is placed on a fixture table whose surface forms an inclined plane. The angle of the inclined plane is so large that the sheet metal can be bent up to a stop (static and sliding friction are overcome). The sheet metal is not firmly attached to the fixture table, but rather placed loosely on it.
Anschließend erfolgt eine Positionsüberprüfung mittels einer Abstandsmesseinrichtung. Mit einer Handhabungsvorrichtung (zum Beispiel Roboter) werden ein Lasergerät und die Abstandsmesseinrichtung zugeführt. Nach der Bereitstellung des Blechteils sollte dieses auf dem schrägen Vorrichtungstisch gegen den Anschlag rutschen. Dies wird zunächst mit der Abstandsmesseinrichtung geprüft, indem diese die Position der Kanten des Blechteils bestimmt und einen Soll-Ist-Vergleich durchführt. Nur wenn das Blechteil vollständig in Position gerutscht ist und sich dessen Kanten damit an der richtigen Position befinden, kann mit dem nächsten Prozessschritt fortgefahren werden. The position is then checked using a distance measuring device. A handling device (e.g., a robot) feeds a laser device and the distance measuring device. After the sheet metal part is positioned, it should slide against the stop on the inclined fixture table. This is first checked using the distance measuring device, which determines the position of the sheet metal part's edges and performs a target-to-actual comparison. Only when the sheet metal part has completely slid into position and its edges are thus in the correct position can the next process step proceed.
Danach wird der eigentliche Formgebungsprozess durchgeführt. Als Wärmequelle wird ein Lasergerät verwendet, da beim Laserschweißen nach einer kurzzeitigen Wärmeeinbringung bereits eine schroffe Abkühlung folgt, was eventuelle Gefügeumwandlungen begünstigt. Das Lasergerät ist so eingestellt, dass er nur etwa bis zur neutralen Faser der später entstehenden Beule einschweißt. So kommt die größte Krümmung zustande, da der Bereich unterhalb der neutralen Faser kaum beeinflusst wird, im Bereich über der neutralen Faser jedoch eine Volumenabnahme (das heißt Schrumpfung) in Folge der Erstarrung der Schmelze auftritt. Es kommt dabei bereits durch die Blindnaht allein zu einer konkaven Krümmung des Blechwerkstoffs. Sofern der Werkstoff aus einem umwandlungsfähigen Material (zum Beispiel Stahl) besteht, wird die Krümmung durch die Volumenschwindung bei der zum Beispiel martensitischen Umwandlung zusätzlich verstärkt.The actual forming process then takes place. A laser device is used as the heat source, since laser welding involves a brief application of heat, which is followed by rapid cooling, which promotes possible structural transformations. The laser device is set so that it only welds up to approximately the neutral fiber of the later developing dent. This creates the greatest curvature, since the area below the neutral fiber is barely affected, while in the area above the neutral fiber a decrease in volume (i.e. shrinkage) occurs as a result of the solidification of the melt. The blind weld alone results in a concave curvature of the sheet material. If the material is made of a transformable material (e.g. steel), the curvature is further increased by the volume shrinkage during the martensitic transformation, for example.
Das robotergeführte Lasergerät wird dabei von außen nach innen in einer Schneckenform über die zu erzeugende Beule des Blechs bewegt. Häufig werden zur Herstellung springbeulender Karosseriebauteile an geeigneten Stellen zwei parallele Langlöcher eingebracht. In einer Variante der Idee werden diese Langlöcher im selben Arbeitsgang mit dem Lasergerät ausgeschnitten.The robot-guided laser device is moved from the outside inward in a spiral pattern over the desired dent in the sheet metal. To produce body components with spring dents, two parallel elongated holes are often drilled at suitable locations. In a variation of this concept, these elongated holes are cut out with the laser device in the same operation.
Die am Lasergerät befestigte Abstandsmesseinrichtung misst den Abstand zur Oberfläche des Blechteils. Da die Position des Roboters und damit auch die Position der Abstandsmesseinrichtung während der Wärmeeinbringung/Umformung stets bekannt ist, kann von dem gemessenen Abstand auf die tatsächliche Beulenhöhe an der Stelle der momentanen Wärmeeinbringung geschlossen werden. Damit gibt der von der Abstandsmessvorrichtung gemessene Abstand während der Wärmeeinbringung/Umformung Aufschluss darüber, ob die Wärmeeinbringung die gewünschte Umformung zur Folge hat.The distance measuring device attached to the laser unit measures the distance to the surface of the sheet metal part. Since the position of the robot, and thus also the position of the distance measuring device, is always known during heat application/forming, the measured distance can be used to determine the actual dent height at the point of current heat application. Thus, the distance measured by the distance measuring device during heat application/forming provides information about whether the heat application is resulting in the desired forming process.
Während der Erzeugung der Beule wird dabei ein Soll-Ist-Vergleich zwischen der aktuellen Beulhöhe an der Position des Lasers und dem jeweiligen Soll-Wert durchgeführt.During the creation of the dent, a target-actual comparison is carried out between the current dent height at the position of the laser and the respective target value.
Weicht der Soll-Wert vom gemessenen Ist-Wert ab, können die Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden. Hierbei kann gegebenenfalls folgendes gelten: So kann z.B. eine erhöhte Laserleistung bzw. ein verringerter Vorschub eingestellt werden, sofern der Ist-Wert zu gering ist. Dagegen kann die Laserleistung reduziert bzw. der Vorschub erhöht werden, sofern der Ist-Wert zu hoch ist. Dieser Einstellung sind aber Grenzen gesetzt, da ein Einschweißen über die neutrale Faser der später entstehenden Beule hinaus naturgemäß keinen positiven Effekt mehr hat.If the target value deviates from the measured actual value, the laser power and feed rate can be adjusted accordingly. The following may apply: For example, if the actual value is too low, a higher laser power or a lower feed rate can be set. Conversely, the laser power can be reduced or the feed rate increased if the actual value is too high. However, there are limits to this setting, as welding beyond the neutral axis of the subsequently formed dent naturally no longer has a positive effect.
In einer weiteren Regelsituation kann ein Abstand der Schweißlinien geregelt werden. Ist der gemessene Ist-Wert der Beulenhöhe zu hoch, wird der Schweißlinien-Abstand erhöht. Ist der gemessene Ist-Wert hingegen zu niedrig, wird der Schweißlinien-Abstand entsprechend reduziert.In another control situation, the spacing of the weld lines can be adjusted. If the measured actual value of the dent height is too high, the weld line spacing is increased. If, however, the measured actual value is too low, the weld line spacing is reduced accordingly.
Alternativ und/oder zusätzlich kann in einer weiteren Regelsituation die Schweißlinie lokal wellig ausgeführt werden. Zeichnet sich an einer Stelle eine zu geringe Beulenhöhe ab, wird in diesem Bereich eine wellenförmige Schweißlinie gezogen. Die Krümmung an dieser Stelle nimmt naturgemäß zu.Alternatively and/or additionally, in another standard situation, the weld line can be made locally wavy. If the dent height is too low at a particular location, a wavy weld line is drawn in that area. The curvature at this location naturally increases.
Alternativ und/oder zusätzlich kann eine Nacharbeit durch Einbringung von Zusatzschweißlinien erfolgen. Das heißt dass auch nach Erzeugung der Beule deren Gestalt noch angepasst werden kann. Dabei können an Stellen mit zu geringer Krümmung kurze Schweißlinien oder -punkte erzeugt werden.Alternatively and/or additionally, rework can be performed by adding additional weld lines. This means that even after the dent has been created, its shape can still be adjusted. Short weld lines or spots can be created in areas with insufficient curvature.
Grundsätzlich kann der oben beschriebene Effekt bei allen schweißbaren Blechteil-Werkstoffen ausgenutzt werden. Grob gilt, je größer die Volumenschwindung während der Erstarrung, desto größer der zu erwartende Verzug und damit der auftretende Springbeuleffekt.In principle, the effect described above can be exploited for all weldable sheet metal materials. Roughly speaking, the greater the volume shrinkage during solidification, the greater the expected distortion and thus the resulting spring buckling effect.
Da für die Erzeugung des Verzugs bis auf die Mittellinie des Blechs eingeschweißt wird, ist der Effekt relativ unabhängig von der Blechstärke. In einem Bereich von 0,5mm bis mindestens 5mm kann der Schweißverzug nutzbar gemacht werden. Erst wenn die Restblechstärke unter der neutralen Faser zu groß wird, im Vergleich zum erstarrten Volumen, werden die Eigenspannungen nach dem Schweißen nicht mehr als Verzug nutzbar.Since the distortion is created by welding down to the centerline of the sheet, the effect is relatively independent of the sheet thickness. The welding distortion can be utilized within a range of 0.5 mm to at least 5 mm. Only when the residual sheet thickness below the neutral axis becomes too large compared to the solidified volume do the residual stresses after welding no longer serve as distortion.
Nachfolgend sind weitere Erfindungsaspekte im Einzelnen beschrieben: So kann das Lasergerät in einem Regelkreis eingebunden sein. Dieser kann ein bevorzugt berührungslos arbeitendes optisches Formerfassungssystem aufweisen, mit dem ein Ist-Wert (zum Beispiel eine Ist-Form) der sich im Formgebungsprozess bildenden Springbeule erfasst wird. Zudem kann der Regelkreis eine Regeleinheit aufweisen, die auf der Grundlage des Ist-Wertes und eines Soll-Wertes zumindest ein Stellsignal generiert, mit dem während der Formgebung Laserparameter des Lasergerätes (zum Beispiel Leistung, Vorschubgeschwindigkeit des Lasergerätes, Laserstrahldurchmesser und/oder Einwirkzeit) und/oder Bahnparameter zur Vorgabe einer Applikationsbahn eingestellt werden können, entlang der der Vorschub des Lasergerätes erfolgt.Further aspects of the invention are described in detail below: For example, the laser device can be integrated into a control loop. This can have a preferably contactless optical shape detection system with which an actual value (for example, an actual shape) of the bulge forming during the shaping process is detected. Furthermore, the control loop can have a control unit that generates at least one control signal based on the actual value and a target value. This control signal can be used to adjust laser parameters of the laser device (for example, power, feed rate of the laser device, laser beam diameter, and/or exposure time) and/or path parameters for specifying an application path along which the laser device advances during the shaping process.
In einer technischen Umsetzung kann das Formerfassungssystem eine Abstandsmesseinrichtung aufweisen, mittels der im Formgebungsprozess eine Ist-Springbeule der sich bildenden Springbeule erfasst wird. In der Regeleinheit wird auf der Grundlage eines Vergleichs der Ist-Springbeule mit einem Sollwert das oben erwähnte Stellsignal generiert, mit dem das Lasergerät ansteuerbar ist.In a technical implementation, the shape detection system can include a distance measuring device that detects the actual bulge of the bulge forming during the forming process. The control unit generates the aforementioned control signal based on a comparison of the actual bulge with a target value, which can be used to control the laser device.
Die fertiggestellte Springbeule kann in einer zum Beispiel ebenflächigen Grundfläche des Blechteils eingeformt sein, und zwar als eine kalottenförmige Wölbung mit einem Beulen-Scheitel, an dem die Springbeuel mit einer maximalen Beulenhöhe von der Blechteil-Grundfläche abragt. Entsprechend ist die Beulenhöhe nicht über die gesamte Springbeulen-Fläche konstant, sondern steigt diese vielmehr beginnend von einem radial äußeren Springbeulen-Rand bis der maximalen Beulenhöhe im Bereich des Beulen-Scheitels. Vor diesem Hintergrund ist auch während des Formgebungsprozesses die Soll-Beulenhöhe nicht konstant, sondern wird diese vielmehr in Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Laserstrahl-Einwirkstelle, an der die Laserschweißnaht durch Aufschmelzen des Blechteil-Materials gebildet wird. Vor diesem Hintergrund kann der Regelkreis eine Sollwert-Erfassungseinheit aufweisen, die im Formgebungsprozess die aktuelle Laserstrahl-Einwirkstelle ermittelt und dieser eine damit korrelierende Soll-Beulenhöhe zuweist. Diese wird dann dem Soll-/Ist-Wert-Vergleich in der Regeleinheit zugrundegelegt.The finished bulge can be formed, for example, into a flat base surface of the sheet metal part, as a dome-shaped curvature with a bulge apex at which the bulge protrudes from the sheet metal part's base surface with a maximum bulge height. Accordingly, the bulge height is not constant across the entire bulge surface, but rather increases starting from a radially outer edge of the bulge up to the maximum bulge height in the area of the bulge apex. Against this background, the target bulge height is not constant during the forming process, but rather depends on the current laser beam impact point at which the laser weld seam is formed by melting the sheet metal part material. Against this background, the control loop can have a target value acquisition unit that determines the current laser beam impact point during the forming process and assigns a corresponding target bulge height to it. This is then used as the basis for the target/actual value comparison in the control unit.
In einer technischen Realisierung kann die Abstandsmesseinrichtung bewegungsgekoppelt mit dem Lasergerät bereitgestellt sein, insbesondere direkt am Lasergerät montiert sein. Die Abstandsmesseinrichtung kann in diesem Fall einen, mit der Ist-Beulenhöhe korrelierenden Abstand zu der sich bildenden Springbeule erfassen.In one technical implementation, the distance measuring device can be provided with a motion-coupled connection to the laser device, in particular, mounted directly on the laser device. In this case, the distance measuring device can measure a distance to the developing bulge that correlates with the actual bulge height.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Wölbung der Springbeule wird im Formgebungsprozess die entlang der Applikationsbahn verlaufende Laserschweißnaht in einem durchgängigen, spiralförmigen Bahnverlauf (zum Beispiel kreisförmig oder ellipsenförmig) um den Beulen-Scheitel geführt. Bei einem solchen spiralförmigen Bahnverlauf wird die aktuelle Laserstrahl-Einwirkstelle mit sich reduzierendem Abstand zum Beulen-Scheitel hin bewegt. Der spiralförmige Bahnverlauf ist so ausgelegt (im Hinblick auf einen für den Springbeuleneffekt bevorzugten Schweißverzug), dass zwischen einem radial inneren Bahnabschnitt und einem radial äußeren Bahnabschnitt sich ein unbearbeiteter radialer Bahnabstand ergibt. Dieser radiale Bahnabstand kann im Hinblick auf eine gesteigerte Regelgüte im Regelkreis als Bahnparameter geregelt werden. In dem Fall, dass im Formgebungsprozess die Ist-Beulenhöhe kleiner ist als die Soll-Beulenhöhe, kann der radiale Bahnabstand entsprechend reduziert werden, um die Ist-Beulenhöhe zu erhöhen.To ensure perfect curvature of the spring bulge, the laser weld seam running along the application path is guided in a continuous, spiral path (e.g., circular or elliptical) around the bulge apex during the forming process. With such a spiral path, the current laser beam exposure point is moved towards the bulge apex at a decreasing distance. The spiral path is designed (with a view to a welding distortion preferred for the spring bulge effect) such that an unprocessed radial path distance results between a radially inner path section and a radially outer path section. This radial path distance can be controlled as a path parameter in the control loop to increase control quality. If the actual bulge height is smaller than the target bulge height during the forming process, the radial path distance can be reduced accordingly to increase the actual bulge height.
Zudem kann dem spiralförmigen Bahnverlauf lokal bzw. abschnittsweise eine Wellenform aufgeprägt werden, um die Ist-Beulenhöhe zu verändern.In addition, a wave shape can be imposed on the spiral path locally or in sections in order to change the actual bump height.
Im Hinblick auf eine weitere Steigerung der Maßhaltigkeit ist es bevorzugt, wenn nach dem oben genannten Formgebungsprozess ein Nachbearbeitungsschritt erfolgt, in dem zumindest eine Zusatz-Laserschweißnaht in die Springbeule eingebracht wird.With a view to further increasing dimensional accuracy, it is preferred if, after the above-mentioned forming process, a post-processing step is carried out in which at least one additional laser weld seam is introduced into the spring dent.
In einer konkreten Ausgestaltung des Blechteils ist es bevorzugt, wenn der Springbeule zwei Entlastungs-Langlöcher zugeordnet sind, die in einem Schneidvorgang in das Blechteil eingearbeitet worden sind. Die Springbeule ist bevorzugt zwischen den beiden Entlastungs-Langlöchern positioniert, wodurch die erforderliche Betätigungskraft zum Umschlagen der Springbeule reduziert werden kann. Bevorzugt ist es, wenn der Schneidprozessschritt durch ein Laserschneiden erfolgt, und zwar mittels des Lasergerätes.In a specific embodiment of the sheet metal part, it is preferred if the spring dent is assigned two relief slots, which have been machined into the sheet metal part during a cutting process. The spring dent is preferably positioned between the two relief slots, thereby reducing the actuation force required to fold the spring dent. It is preferred if the cutting process step is performed by laser cutting, specifically using the laser device.
Das oben dargelegte Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt, in der das Blechteil auf einen Vorrichtungstisch lagerichtig positioniert wird. Eine solche lagerichtige Positionierung kann mittels des Formerfassungssystems überwacht werden. Bevorzugt ist das Blechteil dabei nicht in einer Festlagerung am Vorrichtungstisch fixiert, sondern über eine Loslagerung, um Materialspannungen während es Laserschweißvorgangs im Blechteil ausgleichen zu können. Für eine solche Loslagerung kann die Ablagefläche des Vorrichtungstisches in Vertikalrichtung schräg geneigt sein und diese bodenseitig einen Anschlag aufweisen. Das auf den Vorrichtungstisch positionsgenau geführte Blechteil kann unter Schwerkraftwirkung sich lose auf dem Anschlag abstützen.The method described above is carried out in a device in which the sheet metal part is positioned correctly on a fixture table. Such correct positioning can be monitored by the shape detection system. Preferably, the sheet metal part is not fixed in a fixed bearing on the fixture table, but rather via a loose bearing in order to compensate for material stresses in the sheet metal part during the laser welding process. For such a loose bearing, the support surface of the fixture table can be inclined in the vertical direction and have a stop on the bottom. The sheet metal part, which is guided precisely on the fixture table, can be Gravity forces loosely support itself on the stop.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An embodiment of the invention is described below with reference to the attached figures.
Es zeigen:
-
1 in perspektivischer Darstellung ein fertiggestelltes Blechteil mit darin eingeformter Springbeule; -
2 und3 jeweils Schnittdarstellungen entlang von Schnittebenen aus der1 ; -
4 in einer grob schematischen Darstellung eine Vorrichtung zum Laserstrahlumformen des Blechteils sowie ein Blockschaltdiagramm, anhand dem eine Prozessregelung zur Erzeugung der Springbeule in dem Blechteil beschrieben wird; -
5 in einer Ansicht von oben ein Blechteil mit einer Applikationsbahn, entlang der die Laserschweißnaht verläuft, die zur Formung der Springbeule führt; -
6 und7 jeweils weitere Ansichten entsprechend der5 .
-
1 in perspective view a finished sheet metal part with a spring bulge formed into it; -
2 and3 each section along section planes from the1 ; -
4 in a roughly schematic representation, a device for laser beam forming the sheet metal part and a block diagram describing a process control for generating the spring bulge in the sheet metal part; -
5 in a top view of a sheet metal part with an application path along which the laser weld seam runs, which leads to the formation of the spring bulge; -
6 and7 further views according to the5 .
In der
Die Springbeule 3 wird durch ein Laserstrahlumformen in das Blechteil 1 eingeformt. Bei dem Laserstrahlumformen wird von einem Lasergerät 10 (
Wie aus der
Wie aus der
Die in der
Nachfolgend wird anhand der
Die Abstandsmesseinrichtung 13 ist - zusammen mit dem Lasergerät 10 und einer Regeleinheit 21 - Bestandteil eines Regelkreises R, mit dem die Prozessführung geregelt wird.The distance measuring device 13 is - together with the laser device 10 and a control unit 21 - part of a control circuit R with which the process control is regulated.
Mittels der Abstandsmesseinrichtung 13 wird im Formgebungsprozess eine Ist-Beulenhöhe hist der sich bildenden Springbeule 3 erfasst und als Messsignal zur Regeleinheit 21 geleitet. In der Regeleinheit 21 erfolgt ein Istwert-/Sollwert-Vergleich, bei dem die Ist-Beulenhöhe hist mit einer Soll-Beulenhöhe hsoll verglichen wird. Auf dieser Grundlage generiert die Regeleinheit 21 ein Stellsignal S, mit dem Laserparameter des Lasergerätes 10 einstellbar sind, zum Beispiel Leistung, Vorschubgeschwindigkeit des Lasergerätes 10, Laserstrahldurchmesser und/oder Einwirkzeit. Zudem können mittels des Stellsignals S Bahnparameter (zum Beispiel der radiale Bahnabstand a) zur Vorgabe der Applikationsbahn A eingestellt werden.By means of the distance measuring device 13, an actual dent height h of the spring dent 3 being formed is recorded during the forming process and passed as a measurement signal to the control unit 21. In the control unit An actual value/setpoint comparison is performed in control unit 21, in which the actual dent height h actual is compared with a target dent height h target. On this basis, control unit 21 generates a control signal S, with which laser parameters of laser device 10 can be adjusted, for example, power, feed rate of laser device 10, laser beam diameter, and/or exposure time. Furthermore, path parameters (for example, the radial path distance a) can be set using the control signal S to specify the application path A.
Die in der
Dem Regelkreis R ist außerdem eine Sollwert-Erfassung 23 zugeordnet. Diese weist eine Positionserfassungseinheit 25 auf, die im Formgebungsprozess die aktuelle Laserstrahl-Einwirkstelle E ermittelt. Die erfasste aktuelle Laserstrahl-Einwirkstelle E wird in eine Datenbank 27 eingelesen und dort einer damit korrelierenden Beulenhöhe h1, h2, h3 zugeordnet. Nach erfolgter Zuordnung liest die Datenbank 27 eine mit der aktuellen Laserstrahl-Einwirkstelle E korrelierenden Soll-Beulenhöhe hsoll aus, die am Signaleingang der Regeleinheit 21 anliegt, um den Soll-/Istwert-Vergleich durchführen.The control loop R is also assigned a setpoint acquisition unit 23. This unit has a position acquisition unit 25 that determines the current laser beam impact point E during the forming process. The recorded current laser beam impact point E is read into a database 27 and assigned there to a corresponding dent height h 1 , h 2 , h 3 . After the assignment has been made, the database 27 reads out a target dent height h soll that correlates with the current laser beam impact point E and is applied to the signal input of the control unit 21 in order to perform the setpoint/actual value comparison.
Sofern in der Regeleinheit 21 während des Formgebungsprozesses eine von der Soll-Beulenhöhe hsoll abweichende Ist-Beulenhöhe hist festgestellt wird, kann der Regelkreis R durch entsprechende Ansteuerung des Roboterarms 17 den radialen Bahnabstand a ändern, um die Ist-Beulenhöhe hist zu ändern. Alternativ und/oder zusätzlich kann bei einer von der Soll-Beulenhöhe hsoll abweichenden Ist-Beulenhöhe hist dem spiralförmigen Bahnverlauf der Applikationsbahn A lokal eine Wellenform 31 (in der
Nach dem erfolgten Formgebungsprozess kann ein Nachbearbeitungsschritt erfolgen, mittels dem die Maßhaltigkeit der erzeugten Springbeule 3 weiter gesteigert werden kann. In dem Nachbearbeitungsschritt können eine Zusatz-Laserschweißnähte 29 in die bereits geformte Springbeule 3 eingebracht werden, wie es in der
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