DE19711162A1

DE19711162A1 - Werkzeugsystem zur Hydroblechumformung (HBU) mit Zweistufendichtung

Info

Publication number: DE19711162A1
Application number: DE1997111162
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Weidner; Matthias Prof Dr Ing Kleiner
Original assignee: Individual
Current assignee: KLEINER, MATTHIAS, PROF. DR- ING., 58739 WICKEDE,
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-24

Description

Die laufenden Arbeiten innerhalb der Forschung zur Hydroblechumformung (HBU) haben ge zeigt, daß bisher eingesetzte einstufige konventionelle Dichtungssysteme zwar eingeschränkt praktikabel sind, doch sobald der Wirkmediendruck die Grenzen der Standardhydraulik über schreitet die Prozeßdurchführung mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden ist. Die Ursache hierfür liege in der Tatsache, daß die Dichtung zwei sich widersprechende Eigen schaften aufweisen muß:

Während der Vorformung (p_Umform ≦ 200 bar) kann es im Einzugsflansch, dort erfolgt übli cherweise die Abdichtung, zu primärer Faltenbildung kommen. In diese Phase muß die Dich tung eine hohe Rückfederung ermöglichen um so auch bei relativ großen Spaltmaßen die Dichtkräfte aufbringen zu können, die zur Aufrechterhaltung der Dichtfunktion nötig sind. Das heißt letztendlich, daß die Dichtung aus einem ausreichend elastischen Material bestehen sollte. Eine zusätzliche Beanspruchung in dieser Phase stellt die Relativbewegung des Blechs zur Dichtung dar, was zusätzlich die Forderung nach ausreichender Verschleißfestigkeit der Dich tung aufkommen läßt.

Während des Prägevorgangs (p_Umform ( 2000 bar) ist davon auszugehen, daß das Blech sich relativ zur Dichtung aufgrund der hohen Reibungskräfte nicht mehr bewegt. Da die in der er sten Phase eventuell aufgetretenen Falten nur teilweise durch eine Erhöhung der Niederhalter kraft abgebaut werden können, existieren auch hier hohe Dichtspalten die abgedichtet werden müssen. In diesem Fall muß eine Extrusion der Dichtung in den Spalt vermieden werden. Das wiederum heißt, das die Dichtung aus einem harten extrusionsfesten Material bestehen muß.

Da ein technisches Dichtungssystem, welches die obengenannten Anforderungen erfüllt, derzeit nicht existent ist, wurde die Zweistufendichtung für die Hydroblechumformung entwickelt. Hierbei handelt es sich um eine Trennung der Funktionen, wodurch die obengenannten Anfor derungen zwischen zwei unterschiedlichen Dichtungen aufgeteilt werden.

In der ersten Phase, der Vorformung, dichtet nur die Niederdruckdichtung (4) das Wirkmedi um gegenüber der Umwelt ab da die Hochdruckdichtung (5) noch nicht am Ziehringradius anliegt. Die Anforderungen an die Niederdruckdichtung (4) sind hier hohe Elastizität und Ver schleißfestigkeit, bedingt durch die eventuelle Faltenbildung und der Relativbewegung zwi schen Blech und Dichtung. Technische Dichtsysteme hierzu werden innerhalb der HBU- Forschungstätigkeiten getestet und sind zum Teil schon mit Erfolg erprobt worden.

Die zweite Phase, der Prägevorgang, ist dadurch gekennzeichnet, daß durch Verschieben der Niederhalterplatte gegenüber der Spannplatte die Hochdruckdichtung an den Ziehring angelegt wird, wodurch eine Entlastung der Niederdruckdichtung erfolgt. Da an Ziehringradius keine Falten auftreten und Relativbewegung nicht einsetzt handelt es sich hier um eine statische Ab dichtung mit sehr geringem oder keinem Dichtspalt.

Systembedingt ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit der Niederhalterregelung, wobei der Druck in den Zylinder (Abstützungen (8)) sowohl hydraulisch als auch pneumatisch geregelt werden kann. Eine Regelung ist in sofern sinnvoll, ca. über die Flächenpressung der Blechein zug beeinflußt werden kann, da sich in der Praxis gezeigt hat, daß bei fehlender Regelung je nach tribologischen Verhältnissen ein ungleichmäßiger Blecheinzug einstellen kann.

Für den Fall, daß keine Regelung zum Einsatz kommt besteht die Möglichkeit die Zylinder zusammenzuschalten. Dadurch ist eine konstante Flächenpressung unter dem Niederhalter ge währleistet, die zu einem gleichmäßigen Blecheinzug beiträgt.

Claims

1. Werkzeugsystem zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen aus flächigen, vorzugs weise metallischen Halbzeugen (z. B. Blech) durch die Hydroblechumformung (HBU), da durch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Wirkmediums zur Umgebung ein zweistufi ges Dichtsystem eingesetzt wird, wobei während der Vorformung (p_Umform ≦ 200 bar) die Niederdruckdichtung (4) die Dichtfunktion gewährleistet und zum Zeitpunkt des Prägens (p_Umform ≦ 2000 bar) die Hochdruckdichtung (5) an den Ziehring angelegt wird um das Aus treten des Druckmediums zu verhindern.

2. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dieses aus einer Spannplatte (1), die sich auf der Niederhalterplatte (3) über mehrere Kolben (2) pneuma tisch und/oder hydraulisch abstützt (8), besteht, wobei die Verschiebung zwischen Nieder halterplatte (3) und Spannplatte (1) durch die hydraulischen und/oder pneumatischen Sy steme erfolgt.

3. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugsystem über die Spannplatte (1) in einer Presse oder in einer eigens für das HBU-Verfahren entwickelten Werkzeugmaschine befestigt wird.

4. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der Nieder halterplatte (3) mittig durch die Spannplatte (1) (wie in Skizze abgebildet), oder durch ge sonderte Führungen realisiert werden kann.

5. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdichtung zwischen Niederhalterplatte (3) und Spannplatte (1) im Niederdruckbereich erfolgen muß, die eine Relativbewegung der beiden Komponenten zueinander zu ermöglichen hat.

6. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckdichtung (4) bei der Vorformung (p_Umform ≦ 200 bar) die Abdichtung des Wirkmediums zwischen Blech (6) und Niederhalterplatte (3) gegenüber der Umwelt übernimmt, wobei hier eine Relativbewegung zwischen Niederdruckdichtung (4) und Blech (6) ermöglicht werden muß.

7. Werkzeugsystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannplatte (1) zum Prägen derart verfährt, daß sich die Hochdruckdichtung (5) an den Ziehring anlegt, so daß nun eine Abdichtung zwischen Spannplatte (1) und Blech (6) erfolgt, wobei während des Prägens (p_Umform ≦ 2000 bar) keine Relativbewegung zwischen Blech (6) und Hochdruck dichtung (5) auftritt.

8. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine getrennte Ver sorgung mit Druckmedium der einzelnen hydraulischen und/oder pneumatischen Abstützun gen (8) eine Regelung der Niederhalterkraft erfolgen kann.

9. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zusammen schaltung der hydraulischen und/oder pneumatischen Abstützungen (8) ein Ausgleich even tueller Parallelitätsabweichungen zwischen Pressentisch und Stößel erfolgen kann und so ei ne gleichmäßige Flächenpressung erzielt wird.

10. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Versagen der Hoch druckdichtung (5) die Energie der austretenden Flüssigkeit sowohl durch die Niederdruck dichtung (4) zwischen Niederhalterplatte (3) und Blech (6), als auch durch die Nieder druckdichtung zwischen Niederhalterplatte (3) und Spannplatte (1) auf ein ungefährliches Maß reduziert wird.

11. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine modulare Rea lisierung dieses Werkzeugkonzeptes eine Anpassung des Werkzeuges an unterschiedliche Matrizenformen erfolgen kann, wobei Komponenten aus nicht mehr benötigten Werkzeugen wiederverwendet werden können.

12. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hochdruck dichtung (5) während des Prägevorgangs an den Ziehringradius anlegt, was dadurch erfol gen kann, daß diese Dichtung bei metallischer Werkstoffausführung sich am Übergang zwi schen Vorformung und Prägevorgang plastisch verformt und es so zu Kontakt zwischen Dichtung und Ziehring kommt, wobei eine Anpassung der Dichtungsgeometrie bei Verwen dung von thermoplastischen oder elastomeren Werkstoffen hervorgerufen durch den Wirk mediendruck reversibel erfolgen kann.