DE19716663C1 - Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydrosta­ tischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachma­ terial, mit einer oberen Matrizenplatte, auf die ein vertikal beweglicher Pressenstößel einwirkt und einer auf einem Pressentisch gelagerten unteren Matrizenplatte, wobei mindestens eine Matrizenplatte mit einer der gewünschten Form des Blechkörpers entsprechenden Gravur und beide Matrizenplatten innerhalb und/oder gegenüberliegend der Gravur mit Druckmittelkanälen versehen sind und wobei obere und untere Matrizenplatte den umzuformenden Bereich des Blechteils abdichtend zwischen sich aufnehmen.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 34 596 A1 der Anmelderin bekannt, in der ein Verfahren zum hydrostatischen Umformen von insbesondere ebenen flä­ chenhaften Blechkörpern aus kaltumformbaren Metallen und diesbezüglicher Vorrichtung dargestellt und beschrieben ist. In dieser an sich vorteilhaften Vorrichtung können Blechbereiche in gewünschter Weise - beispielsweise mit Be­ reichen unterschiedlicher Wandstärke - umgeformt werden.

Es ist Tatsache, daß das in einer solchen Vorrichtung verarbeitete Blech, welches als Bandmaterial (Coil) von den Walzwerken geliefert wird, Liefertoleranzen von einigen 1/100 mm aufweist. Diese Liefertoleranzen enthalten neben einer generellen Blechdickentoleranz auch Dickenabweichungen über die Coilbreite sowie über die Coillänge. Da es darüber hinaus auch keine 100%ige Parallelität zwischen der oberen und unteren Matrizenplatte geben kann, ist es in der Praxis zu Problemen gekommen. So kann es beim hydraulischen Umformen manchmal in der Dichtungszone zu Verschmiedungen kommen, die im umgeformten Blech später als Abdruck zu erkennen sind. Diese Verschmiedungen sind damit zu erklären, daß beispielsweise in Bereichen, in denen das Walzblech eine größere Dicke aufweist, die Flächenpressung so groß wird, daß die Oberfläche des Bleches beschädigt wird. Daher hat man versucht, bei der hydraulischen Umformung mit geringeren Anpreßkräften zu arbeiten. Dies kann jedoch bei dem beispielsweise ca. 1500 bar hohen Umformdruck zu Abdich­ tungsproblemen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue Vorrich­ tung zum hydrostatischen Umformen von kaltumformbarem me­ tallischem Flachmaterial zu schaffen, mit der bei zumindest gleichbleibender Qualität der Umformung außerhalb des Um­ formungsbereiches keine Beschädigungen der Blechoberfläche auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkma­ len des Patentanspruchs 1, insbesondere den Merkmalen des Kenn­ zeichenteils, wonach die obere und/oder untere Matrizen­ platte gegenüber dem Pressenstößel und/oder dem Pressentisch die Blechdickentoleranzen ausgleichend gelagert sind, daß wenigstens eine der beiden Matrizenplatten biegsam ausgebildet ist und daß zwischen der mindestens einen biegsamen Matrizenplatte und dem Pressenstößel und/oder dem Pressentisch eine allseitig eingespannte hydraulisch wirksame Schicht angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sich mindestens eine Matrizenplatte während des hydrostati­ schen Umformvorganges im wesentlichen vollständig an die Oberfläche des umzuformenden Flachmaterials anschmiegen kann, so daß unabhängig vom Blechdickenverlauf jeder Be­ reich des abdichtend von oberer und unterer Matrizenplatte beaufschlagten Bleches (Dichtungszonen) mit einer im we­ sentlichen gleichen Flächenpressung beaufschlagt wird. Damit werden einerseits Verschmiedungen (Kanten, Absätze, Eindrückungen) vermieden und andererseits eine ausreichende gleichmäßige Abdichtung des Umformbereiches gewährleistet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist darüberhinaus die obere Matrizenplatte aus mindestens zwei lediglich aufeinanderliegenden dünnen Teilplatten ge­ bildet. Diese Anordnung ermöglicht den Einsatz von relativ dünnen, beispielsweise nur 10 mm dicken Matrizenplatten, die eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen. Des weiteren wird es durch diese Bauweise möglich, die zum Führen der Druckflüssigkeit vorgesehenen Kanäle auf einfachere Weise in die Oberfläche einer der beiden Matrizenplatten einzu­ fräsen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die hydraulisch wirksame Schicht aus im we­ sentlichen inkompressiblen, unter Druck fließfähigem Medium gebildet. Durch eine derartige Ausbildung der hydraulisch wirksamen Schicht ist einerseits eine gleichmäßige Kraft­ übertragung und andererseits auch ein Bewegungsspielraum für die obere Matrizenplatte gewährleistet. Bei einer be­ vorzugten Ausführungsform kann diese Schicht letztlich aus Polyurethan gebildet sein.

Letztlich ist eine besonders bevorzugte Ausführungs­ form dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Matrizen­ platte über Schaftschrauben vertikal bewegbar am Pressenstößel angeordnet ist. Diese beispielhafte Ausbildung der Lagerung der oberen und/oder unteren Matrizenplatte ermöglicht auf einfache Weise eine Verbin­ dung von Pressenstößel bzw. dem Pressentisch mit der jewei­ ligen Matrizenplatte, ohne daß eine Lageanpassung der Ma­ trizenplatte an den Blechdickenverlauf behindert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine am Pressentisch ange­ ordnete untere Matrizenplatte.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zum hydrosta­ tischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachma­ terial insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Die der sogenannten Streck-Stülp-Umformung dienende Vorrichtung 10 weist ein Säulenführungsgestell 11 auf, welches aus einem Oberteil 12 und einem Unterteil 13 be­ steht und in dem das eigentliche Umformwerkzeug angeordnet ist.

Das Säulenführungsgestell 11 ist zwischen einem nur angedeuteten Pressenstößel 15a und einem Pressentisch 15b gelagert, wobei das Oberteil 12 des Säulenführungsgestells 11 mit dem Pressenstößel 15a bewegungsverbunden ist. Ober- und Unterteil 12 und 13 des Säulenführungsgestells 11 sind über Führungszylinder 14 beweglich miteinander verbunden. Am Oberteil 12 des Säulenführungsgestells 11 ist eine obere Grundplatte 16 schraubbefestigt. Beidseitig der oberen Grundplatte 16 sind Bauteile 17 angeordnet, die der verti­ kal beweglichen Aufnahme von Schaftschrauben 18 dienen. Ein Gewindeabschnitt 19 der Schaftschraube 18 greift in eine Gewindebohrung 20 einer nur 10 mm dicken oberen Matrizen­ platte 21 ein. An einer Oberseite 22 der Matrizenplatte 21 liegt eine weitere dünne Matrizenplatte 23 an, die auch als Kanalführungsplatte bezeichnet werden kann, da sie im we­ sentlichen Kanäle 24 für die Druckflüssigkeit aufnimmt. Auf diese Art und Weise können die Kanäle 24 auf einfache Weise in die nach dem Zusammenbau zur oberen Matrizenplatte 23 weisende Oberfläche 25 der Matrizenplatte 23 eingefräst werden, wobei zusätzlich angeordnete Dichtungen 26 das Aus­ treten der Druckflüssigkeit während des Betriebs verhin­ dern. Die Matrizenplatte 23 wird zwischen den beidseitig angeordneten Bauteilen 17 in Vertikalrichtung geführt, wobei zwischen der Matrizenplatte 23 und der oberen Grund­ platte 16 eine hydraulisch wirksame Schicht 27 angeordnet wird, die beispielsweise aus einem inkompressiblem unter Druck fließfähigem Medium, wie Vulkollan ^(R) besteht.

Eine Unterfläche 28 der Matrizenplatte 21 weist eine erste Gravur 29 auf, in denen jeweils die Druckmittelkanäle 24 münden.

Auf dem Unterteil 13 des Säulenführungsgestells 11 ist des weiteren eine untere Grundplatte 30 schraubbefestigt. Auf der Grundplatte 30 ist die untere Matrizenplatte 31 be­ festigt, die der Gravur 29 der oberen Matrizenplatte 21 ge­ genüberliegend eine die Endform darstellende Gravur 32 auf­ weist. Auch diese Gravur 32 ist über Druckmittelkanäle 24 mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe verbunden. Beidseitig der Gravur 32 ist eine zur oberen Matrizenplatte 21 weisende Dichtfläche 33 mit Längsvertiefungen 34 verse­ hen, deren Querschnitte dem Querschnitt der Gravur 32 (s. Fig. 2) entsprechen. Die Gravur 32 und die Längsvertiefun­ gen 34 sind beabstandet voneinander in der unteren Matri­ zenplatte 31 angeordnet, so daß dazwischen Dichtflächenbe­ reiche 33 angeordnet sind, die parallel zur Unterfläche 28 der oberen Matrizenplatte 21 verlaufen.

Ein strichpunktiert dargestelltes Metallblech 35 wird beispielsweise in Vorschubrichtung x (s. Fig. 2 und 3) in die Vorrichtung 10 eingeschoben. Dabei liegt das Blech 35 auf den Dichtflächenbereichen 33 der unteren Matrizen­ platte 31 und wird seitlich durch Führungselemente 36 ge­ führt. Während der Zustellung der Vorrichtung 10 durch Ab­ senken des Pressenstößels 15a legt sich die biegsame obere Matrizenplatte 21 unabhängig vom Blechdickenverlauf an die Oberfläche des Bleches 35 an. Dies geschieht unter gleich­ zeitiger Lageveränderung von oberer Matrizenplatte 21 und Kanalführungsplatte 23. Diese Lageveränderung wird durch die hydraulisch wirksame Schicht 27 einerseits sowie die in Vertikalrichtung bewegliche Verbindung zwischen oberer Matrizenplatte 21 und Säulenführungsgestell 11 möglich.

Da die Blechdickentoleranzen sich lediglich im Bereich einiger 1/100 mm bewegen, sind selbstverständlich die zur vollständigen Anlage der biegsamen oberen Matrizenplatte 21 sich innerhalb der Vorrichtung 10, insbesondere im Bereich der oberen Matrizenplatte 21, ergebenden Lageveränderungen nur sehr geringfügig. Sie führen jedoch dazu, daß unabhängig vom Blechdickenverlauf und von eventuell nicht vorhandener Parallelität von oberer und unterer Ma­ trizenplatte 21, 31 während des hydrostatischen Umformvor­ ganges ein im wesentlichen gleichmäßiger Flächendruck auf das zu verformende Blech 35 im Bereich der Dichtungszonen ausgeübt wird.

Während der Verformung wird nun Druckmittel zunächst über die untere Matrizenplatte 31 in die Gravur 32 einge­ preßt, so daß sich das Blech 35 der Gravur 29 folgend an die Unterfläche 28 der oberen Matrizenplatte 21 anlegt. Un­ mittelbar darauf wird dann umgekehrt durch die obere Matri­ zenplatte 21 hindurch die Gravur 29 mit Druckmittel beauf­ schlagt, so daß sich der teilumgeformte Blechbereich an die untere Gravur 32 anlegt. Danach wird die Vorrichtung 10 geöffnet und das Blech 35 um ein Schrittmaß in x-Richtung bewegt, so daß der umgeformte Bereich in einer Vertiefung 34 angeordnet ist. Nach einem weiteren Zufahren der Vor­ richtung 10 beginnt der nächste Umformvorgang.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von kalt­ umformbaren metallischen Flachmaterial, mit einer oberen Matrizenplatte, auf die ein vertikal beweglicher Pressenstößel einwirkt und einer auf einem Pressentisch gelagerten unteren Matrizenplatte, wobei mindestens eine Matrizenplatte mit einer der gewünschten Form des Blechkörpers entsprechenden Gravur und beide Matrizenplatten innerhalb und/oder gegenüberliegend der Gravur mit Druckmittelkanälen versehen sind und wobei obere und untere Matrizenplatte den umzuformenden Bereich des Blechteils abdichtend zwischen sich aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und/oder untere Matrizen­ platte (21, 31) gegenüber dem Pressenstößel (15a) und/oder dem Pressentisch (15b) die Blechdickentoleranzen ausgleichend gelagert sind, daß wenigstens eine der beiden Matrizenplatten (21, 31) biegsam ausgebildet ist und daß zwischen der mindestens einen biegsamen Matrizenplatte (21, 31) eine allseitig eingespannte hydraulisch wirksame Schicht (27) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die obere Matrizenplatte (21) aus mindestens zwei lediglich aufeinanderliegenden dünnen Teilplatten (21, 23) gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hydraulisch wirksame Schicht (27) aus im wesentlichen inkompressiblen, unter Druck fließfähigem Me­ dium gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht (27) aus Polyurethan gebildet wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Matrizen­ platte (21) über Schaftschrauben (18) vertikal bewegbar am Pressenstößel (15a) angeordnet ist.