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DE19711162A1 - Tool system for hydraulic forming of sheet - Google Patents

Tool system for hydraulic forming of sheet

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Publication number
DE19711162A1
DE19711162A1 DE1997111162 DE19711162A DE19711162A1 DE 19711162 A1 DE19711162 A1 DE 19711162A1 DE 1997111162 DE1997111162 DE 1997111162 DE 19711162 A DE19711162 A DE 19711162A DE 19711162 A1 DE19711162 A1 DE 19711162A1
Authority
DE
Germany
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tool system
seal
hold
clamping plate
pressure seal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE1997111162
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Dipl Ing Weidner
Matthias Prof Dr Ing Kleiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLEINER, MATTHIAS, PROF. DR- ING., 58739 WICKEDE,
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1997111162 priority Critical patent/DE19711162A1/en
Publication of DE19711162A1 publication Critical patent/DE19711162A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/021Deforming sheet bodies
    • B21D26/029Closing or sealing means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

The tool system produces three-dimensional components from flat metallic blanks by hydraulic sheet forming. The working fluid is sealed in by a two-stage sealing system. During preliminary forming at not more than 200 bar. The low pressure seal (4) is effective. During pressing at not more than 2000 bar, the high pressure seal (5) lies against the traction ring and prevents the fluid leaking out. The system consists of a clamping plate (1) supported by pistons (2) on a holding-down plate (3), and hydraulic devices to move the plates relative to each other.

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:The ongoing work within the research on hydraulic sheet metal forming (HBU) has been shows that previously used single-stage conventional sealing systems are limited are practicable, but as soon as the active medium pressure exceeds the limits of standard hydraulics the process implementation is associated with considerable technical difficulties. The reason for this lies in the fact that the seal has two contradicting properties must have:

Während der Vorformung (pUmform ≦ 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.During preforming (p forming ≦ 200 bar), primary wrinkling can occur in the feed flange, where sealing is usually carried out. In this phase, the device must enable you to achieve a high spring-back so that the sealing forces that are necessary to maintain the sealing function can be applied even with relatively large gap dimensions. Ultimately, this means that the seal should consist of a sufficiently elastic material. An additional stress in this phase is the relative movement of the sheet metal to the seal, which additionally leads to the demand for sufficient wear resistance of the device.

Während des Prägevorgangs (pUmform ( 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.During the embossing process (p forming (2000 bar), it can be assumed that the sheet no longer moves relative to the seal due to the high frictional forces, since the folds that may have occurred in the first phase can only be partially reduced by increasing the hold-down force , there are also high sealing gaps that must be sealed, in which case extrusion of the seal into the gap must be avoided, which in turn means that the seal must be made of a hard extrusion-resistant material.

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.As a technical sealing system that meets the above requirements, currently does not exist, the two-stage seal was developed for the hydraulic sheet metal forming. This is a separation of functions, which means that the above requirements be divided between two different seals.

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.In the first phase, the preforming, only the low pressure seal ( 4 ) seals the active medium from the environment since the high pressure seal ( 5 ) is not yet in contact with the drawing ring radius. The requirements for the low pressure seal ( 4 ) here are high elasticity and wear resistance, due to the possible formation of folds and the relative movement between the plate and the seal. Technical sealing systems for this are tested within the HBU research activities and some have already been successfully tested.

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.The second phase, the embossing process, is characterized in that by moving the Hold-down plate opposite the clamping plate, the high-pressure seal is placed on the drawing ring , which relieves the pressure on the low pressure seal. Since there is no drawing ring radius Wrinkles occur and relative movement does not set in, this is a static ab Seal with very little or no sealing gap.

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.Depending on the system, there is also the option of hold-down control, whereby the pressure in the cylinder (supports ( 8 )) can be controlled both hydraulically and pneumatically. A regulation is useful if it can be influenced, for example, by the surface pressure of the sheet metal, since it has been shown in practice that, in the absence of control, an uneven sheet feeding can occur depending on the tribological conditions.

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.In the event that no regulation is used, there is the possibility of the cylinders interconnect. This ensures a constant surface pressure under the hold-down device ensures that the sheet is fed in evenly.

Claims (12)

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 (pUmform ≦ 200 bar) die Niederdruckdichtung (4) die Dichtfunktion gewährleistet und zum Zeitpunkt des Prägens (pUmform ≦ 2000 bar) die Hochdruckdichtung (5) an den Ziehring angelegt wird um das Aus­ treten des Druckmediums zu verhindern.1. Tool system for the production of three-dimensional components from flat, preferably as metallic semi-finished products (e.g. sheet metal) by the hydraulic sheet metal forming (HBU), characterized in that a two-stage sealing system is used to seal the active medium to the environment, during which Preforming (p forming ≦ 200 bar) the low pressure seal ( 4 ) ensures the sealing function and at the time of stamping (p forming ≦ 2000 bar) the high pressure seal ( 5 ) is placed on the drawing ring to prevent the pressure medium from escaping. 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.2. Tool system according to claim 1, characterized in that this consists of a clamping plate ( 1 ), which is on the hold-down plate ( 3 ) via several pistons ( 2 ) pneuma table and / or hydraulically supported ( 8 ), the displacement between hold-down plate ( 3 ) and clamping plate ( 1 ) by the hydraulic and / or pneumatic systems. 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.3. Tool system according to claim 1, characterized in that the tool system is fastened via the clamping plate ( 1 ) in a press or in a machine tool specially developed for the HBU method. 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.4. Tool system according to claim 1, characterized in that the guide of the hold-down plate ( 3 ) centrally through the clamping plate ( 1 ) (as shown in the sketch), or can be realized by ge special guides. 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.5. Tool system according to claim 1, characterized in that a seal between the hold-down plate ( 3 ) and clamping plate ( 1 ) must be made in the low pressure area, which must enable a relative movement of the two components to each other. 6. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckdichtung (4) bei der Vorformung (pUmform ≦ 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.6. Tool system according to claim 1, characterized in that the low pressure seal ( 4 ) in the preforming (p forming ≦ 200 bar) takes over the sealing of the active medium between sheet metal ( 6 ) and hold-down plate ( 3 ) against the environment, with a relative movement between Low pressure seal ( 4 ) and sheet metal ( 6 ) must be made possible. 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 (pUmform ≦ 2000 bar) keine Relativbewegung zwischen Blech (6) und Hochdruck­ dichtung (5) auftritt.7. Tool system according to claim l, characterized in that the clamping plate ( 1 ) moves for embossing in such a way that the high-pressure seal ( 5 ) bears against the drawing ring, so that there is now a seal between the clamping plate ( 1 ) and sheet metal ( 6 ), whereby during embossing (p forming ≦ 2000 bar) there is no relative movement between sheet metal ( 6 ) and high pressure seal ( 5 ). 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.8. Tool system according to claim 1, characterized in that a regulation of the hold-down force can be carried out by a separate supply with pressure medium of the individual hydraulic and / or pneumatic supports ( 8 ). 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.9. Tool system according to claim 1, characterized in that by the interconnection of the hydraulic and / or pneumatic supports ( 8 ) even even parallelism deviations between press table and ram can be compensated and so ei ne uniform surface pressure is achieved. 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.10. Tool system according to claim 1, characterized in that in the event of failure of the high pressure seal ( 5 ), the energy of the escaping liquid both through the low pressure seal ( 4 ) between the hold-down plate ( 3 ) and sheet metal ( 6 ), and also through the low pressure seal between Hold-down plate ( 3 ) and clamping plate ( 1 ) is reduced to a safe level. 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.11. Tool system according to claim 1, characterized in that by a modular rea lization of this tool concept an adaptation of the tool to different Die shapes can be made using components from tools that are no longer required can be reused. 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.12. Tool system according to claim 1, characterized in that the high-pressure seal ( 5 ) during the embossing process applies to the drawing ring radius, which can result in the fact that this seal with metallic material is plastically deformed at the transition between preforming and embossing process and it contact between the seal and the drawing ring, whereby an adaptation of the seal geometry when using thermoplastic or elastomeric materials caused by the active media pressure can be reversible.
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Cited By (2)

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WO2000058040A1 (en) * 1999-03-31 2000-10-05 Norsk Hydro Asa Fastening/locking device
WO2010031398A3 (en) * 2008-09-22 2010-06-17 Curt Niebling Forming tool and method for the high-pressure forming of a single-layer or multi-layer composite

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DE915326C (en) * 1950-10-17 1954-07-19 Heinrich Ewald Kranenberg Device for the production of hollow bodies from sheet metal under hydraulic pressure

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