DE19952105A1

DE19952105A1 - Method and device for hydromechanical deep drawing of sheet metal

Info

Publication number: DE19952105A1
Application number: DE1999152105
Authority: DE
Inventors: Ralf B Kolleck
Original assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-06-28
Also published as: EP1095717A2; EP1095717A3

Abstract

Es wird ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech beschrieben, bei dem das Blech in der Trennebene zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht eingespannt, mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und vorgeformt und anschließend in gleicher Richtung mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs gegen ein hydraulisches Kissen in dem anderen Werkzeug endgeformt wird. Ferner ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.A method for hydromechanical deep drawing of sheet metal is described, in which the sheet is clamped in a liquid-tight manner in the parting plane between an upper tool and a lower tool, one of which has the contour of the shape, acted upon and preformed by means of compressed gas and then in the same direction by means of the die Tool having contour contour against a hydraulic cushion in the other tool is finally formed. Furthermore, an apparatus for performing the method is described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen, indem das Blech in der Trennebene zwischen ei nem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht eingespannt und mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs gegen ein hydraulisches Kissen in dem anderen Werkzeug umgeformt wird.The invention relates to a method for hydromechanical Thermoforming by separating the sheet in the parting plane between egg an upper tool and a lower tool, one of which the shape contour, clamped liquid-tight and by means of the tool having the shape contour against hydraulic cushion reshaped in the other tool becomes.

Neben dem herkömmlichen, mechanischen Tiefziehen zum Umfor men von Metallblech setzen sich zunehmend Tiefziehverfahren durch, bei denen das Wirkmedium eine Flüssigkeit, im ein fachsten Fall Wasser, ist. So wird bei dem sogenannten Hy dro-Mec-Tiefziehverfahren (DE 12 40 801) das Blech zwischen einem Niederhalter und einem Unterwerkzeug eingespannt. Das Unterwerkzeug ist als Wasserkasten ausgebildet. Mit dem die Formkontur aufweisenden Oberwerkzeug wird das Blech gegen das als Kissen wirkende Hydraulikmedium umgeformt und das Hydraulikmedium entsprechend dem Vorschub des formenden Werkzeugs verdrängt. Die umgekehrte Arbeitsweise bezeichnet man als hydromechanisches Streck-Umformen, bei dem das Blech mittels steuerbaren Hydraulikdrucks gegen die Form kontur des Oberwerkzeugs umgeformt wird. Das Hydro-Mec-Ver fahren hat den Nachteil, daß danach hergestellte Bauteile mit geringer Wandstärke und schwacher Konturierung nur eine mäßige Formstabilität besitzen. Beim Streck-Umformen wird der gesamte Umformgrad allein durch Strecken des Blechs er arbeitet. Dies führt zwar zu höherer Formstabilität, doch ist das Verfahren hinsichtlich des Umformgrades, als auch hinsichtlich der verarbeitbaren Blechstärken stark einge schränkt.In addition to the conventional, mechanical deep drawing for forming Sheet metal is increasingly being used in deep-drawing processes through, in which the active medium is a liquid, in a most technical case is water. So with the so-called Hy dro-Mec deep-drawing process (DE 12 40 801) between the sheet clamped down and a lower tool. The The lower tool is designed as a water box. With the The upper tool, which has a shape contour, is countered reshaped the hydraulic medium acting as a cushion and that Hydraulic medium according to the feed of the forming Tool displaced. The reverse way of working is called one as hydromechanical stretch forming, in which the Sheet by means of controllable hydraulic pressure against the form contour of the upper tool is formed. The Hydro-Mec-Ver driving has the disadvantage that manufactured components only one with thin walls and weak contours possess moderate dimensional stability. When stretch forming is the entire degree of deformation solely by stretching the sheet is working. Although this leads to higher dimensional stability, it does is the process in terms of the degree of deformation, as well with regard to the processable sheet thicknesses limits.

Um insbesondere tiefere Konturen ausformen zu können, ist das Streck-Stülp-Umformen bekannt (DE 41 34 596), bei dem das eine Werkzeug eine Vorform mit geringerer Formtiefe, das andere Werkzeug die endgültige Formkontur aufweist und beide Werkzeuge mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Es wird das fest eingespannte Blech zunächst durch das Druck mittel in das Vorformwerkzeug und anschließend durch Druck beaufschlagung von der anderen Seite in die endgültige Formkontur eingeformt. Dieses Verfahren ist vom Ablauf her, wie auch werkzeug- und maschinentechnisch sehr aufwendig.In order to be able to form deeper contours in particular, is the stretch-overturning known (DE 41 34 596), in which one tool is a preform with a smaller depth of form, the other tool has the final shape and Both tools can be pressurized. It the firmly clamped sheet is first of all due to the pressure medium into the preforming tool and then by pressure loading from the other side into the final Contour molded in. This procedure is based on the process as well as tool and machine technology very complex.

Schließlich ist es bekannt (EP 0 704 258), das bei hoher Blechhaltekraft eingespannte Blech mittels des Hydraulikme diums im Unterwerkzeug in das Oberwerkzeug vorzuformen und dabei gleichzeitig zu dehnen und anschließend bei geringe rer Blechhaltekraft auf die Formkontur des Oberwerkzeugs aufzuformen, wobei das Blech keine nennenswerte weitere Dehnung erfährt. Hiermit läßt sich auch bei geringer Blechstärke und mäßigem Umformgrad aufgrund der Dehnung beim Vorformen eine höhere Formstabilität verwirklichen. Nachteilig ist die relativ große Umwälzmenge an Hydraulik medium, so daß das Entleeren zeitaufwendig ist. Auch wird das Material der Vorform beim Endformen gestülpt.Finally, it is known (EP 0 704 258) that at high Sheet holding force clamped sheet by means of the Hydraulikme preform the medium in the lower tool into the upper tool and stretch at the same time and then at low sheet holding force on the shape of the upper tool to form, the sheet no other significant Undergoes stretching. This can also be used with less Sheet thickness and moderate degree of deformation due to the stretch achieve greater dimensional stability during preforming. The relatively large circulation quantity of hydraulics is disadvantageous medium, so that emptying is time-consuming. Also will the material of the preform turned over during the final shaping.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das letztgenannte Verfahren zu verbessern, insbesondere höhere Taktzeiten zu ermöglichen und das Stülpen zu vermeiden.The invention has for its object the latter Improve procedures, especially higher cycle times too allow and to avoid slipping.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Blech mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und vorgeformt und anschließend mittels des die Formkontur auf weisenden Werkzeugs endgeformt wird.This object is achieved in that the Pressurized sheet metal in the forming direction and preformed and then by means of the shape contour pointing tool is finally formed.

Durch das pneumatische Vorformen ist der Bedarf an Hydrau likmedium beim anschließenden Endformen geringer und wird das Hydraulikmedium im Endformprozeß aus dem Unterwerkzeug ausschließlich verdrängt. Das pneumatische Vorformen er folgt vorzugsweise in das leere oder teilweise gefüllte Un terwerkzeug, das erst gegen Ende oder nach Abschluß des Vorformprozesses mit dem Hydraulikmedium gefüllt bzw. auf gefüllt wird. Anschließend erfolgt das Endformen mittels des die Formkontur aufweisenden Oberwerkzeugs gegen das als Kissen wirkende Hydraulikmedium im Unterwerkzeug, das ent sprechend dem Vorschub des formenden Werkzeugs aus dem Un terwerkzeug verdrängt wird. Das Vorformen und Endformen er folgt in einer Richtung, so daß die Nachteile des Streck- Stülpformens entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren er möglicht es ferner, Verbundbleche und beschichtete Bleche umzuformen, ohne daß es zur Delaminierung oder Rißbildung kommt.Pneumatic preforming means that hydrau is needed likmedium in the subsequent final forms lower and will the hydraulic medium in the final forming process from the lower tool only displaced. Pneumatic preforming preferably follows into the empty or partially filled Un terwerkzeug that only towards the end or after completion of the Preforming process filled with the hydraulic medium or on is filled. The final shaping then takes place by means of of the shape of the upper tool against the as Hydraulic medium in the lower tool, which ent speaking of the advance of the forming tool from the Un ter tool is displaced. The preforming and final shaping he follows in one direction so that the drawbacks of stretch Inverted shaping are eliminated. The method according to the invention it also allows composite sheets and coated sheets reshape without delamination or cracking is coming.

In bevorzugter Ausführung wird das Blech mittels des Druck gases bei hoher Einspannkraft (Blechhaltekraft) vorgeformt und dabei zugleich gedehnt. Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere beim Umformen höherfester Stähle und geringer Wandstärken. Dabei wird aufgrund der hohen Blechhaltekraft eine gezielte Ausstreckung der späteren Bauteilmitte er reicht, was zu einer besseren Formstabilität des fertigen Bauteils führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Blech mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs bei dann verminderter Blechhaltekraft endgeformt wird.In a preferred embodiment, the sheet is pressed gases preformed with high clamping force (sheet holding force) and stretched at the same time. This procedure is recommended especially when forming high-strength steels and less Wall thicknesses. Due to the high sheet holding force a targeted extension of the later component center enough, which leads to better dimensional stability of the finished Component leads. This is especially true if the sheet by means of the tool having the shape contour at then reduced sheet metal holding force is finally formed.

Bei einer Verfahrensvariante wird das Blech mit niedriger Blechhaltekraft vorgeformt und bei höherer Blechhaltekraft endgeformt. Dadurch läßt sich das Material beim Vorformen gezielt in die Bauteilmitte bringen und können beim Endfor men komplexere Bauteile bei verringerter Rißneigung herge stellt werden, wobei sich gegenüber konventionellen Tiefziehverfahren eine verringerte Ziehstufenanzahl ver wirklichen läßt.In one process variant, the sheet is lower Sheet holding force preformed and with higher sheet holding force finished. This allows the material to be preformed bring them specifically into the center of the component and can complex components with a reduced tendency to crack be compared to conventional Deep drawing process a reduced number of drawing stages real lets.

Durch die Tatsache, daß ein Teil des Umformgrades, nämlich bis zur Bildung der Vorform, mit einem gasförmigen Wirkme dium aufgebracht wird, ist eine schnelle Entleerung möglich und keine Säuberung erforderlich.Due to the fact that part of the degree of deformation, namely until the preform is formed, with a gaseous agent dium is applied, rapid emptying is possible and no cleaning required.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech vorzuschlagen, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Eine solche Vorrichtung weist ein Unterwerkzeug, ein Oberwerkzeug und einen Blechhalter auf, wobei das Oberwerkzeug die Formkontur besitzt, während das Unterwerkzeug einen Anschluß für ein Hydraulikmedium auf weist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsge mäß dadurch aus, daß in den von dem Oberwerkzeug und dem eingespannten Blech begrenzten Raum Druckgas zuführbar ist.The invention is also based on the object Direction for hydromechanical deep drawing of sheet metal propose, by means of which the inventive method can be carried out. Such a device has Lower tool, an upper tool and a sheet metal holder, wherein the upper tool has the shape contour, while the Lower tool a connection for a hydraulic medium has. Such a device is characterized fiction according to the fact that in the of the upper tool and the clamped sheet metal limited space compressed gas can be supplied.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Ober werkzeug oder der Blechhalter, sofern er als Niederhalter ausgebildet ist wenigstens einen Druckgasanschluß aufweist, der nach Einspannen des Blechs aufsteuerbar ist. This can happen, for example, that the waiter tool or the sheet metal holder, provided that it acts as a hold-down device is formed has at least one compressed gas connection, which can be opened after clamping the sheet.

Ferner kann das Oberwerkzeug wenigstens eine Entlüftungs öffnung aufweisen, die nach Abschluß des Vorformens auf steuerbar ist, so daß beim anschließenden Endformen das die Formkontur aufweisende Werkzeug im wesentlichen unter Atmo sphärendruck gegen das vorgeformte Blech arbeitet. Statt dessen kann der Druckaufbau auch allein durch die Bewegung des die Formkontur aufweisenden Pressenstössels erfolgen.Furthermore, the upper tool can have at least one vent Have opening that after completing the preforming is controllable, so that the subsequent final forms Tool with contour contour essentially under Atmo spherical pressure works against the preformed sheet. Instead the pressure build-up can also be achieved by movement alone of the press ram having the shape contour.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels in mehre ren Betriebsphasen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on one in the drawing schematically reproduced embodiment in several Ren operating phases described. The drawing shows:

Fig. 1 die Umformeinheit einer Tiefziehpresse im Aus gangszustand; . Figure 1 shows the mold assembly transition state of a deep-drawing press in the off;

Fig. 2 die Umformeinheit gemäß Fig. 1 nach dem Vorfor men des Blechs und Fig. 2, the forming unit of FIG. 1 after the Vorfor men of the sheet and

Fig. 3 die Umformeinheit gemäß Fig. 1 nach dem Endfor men des Blechs. Fig. 3, the forming unit according to FIG. 1 after the Endfor men of the sheet.

Die Umformeinheit 1 einer ansonsten in üblicher Weise auf gebauten Tiefziehpresse besteht aus einem Unterwerkzeug 2, das als Wasserkasten ausgebildet ist und mit wenigstens einem Kanal 3 ausgestattet ist, über den gemäß Pfeil 4 ein Hydraulikmedium, vorzugsweise Wasser, zuführbar ist. Die Umformeinheit weist ferner ein Oberwerkzeug 5 in Form eines Stempels mit der Formkontur 6 auf. Das Oberwerkzeug 5 ist von einem Niederhalter 7 umgeben und in diesem geführt. Auf der Wirkfläche des Niederhalters ist eine Flachdichtung angeordnet. Der Niederhalter 7 ist mit einem oder mehreren Kanälen 8 versehen, über die das Druckgas gemäß Richtungs pfeil 9 zugeführt wird. Das Druckgas gelangt über einen Ringkanal im Niederhalter und zwischen diesem und der Flachdichtung angeordnete Kanäle oder Spalte in den Raum unterhalb des Stempels 5. Stattdessen kann das Druckgas auch durch den Stempel zugeführt werden.The forming unit 1 of an otherwise conventional deep-drawing press consists of a lower tool 2 , which is designed as a water box and is equipped with at least one channel 3 , via which a hydraulic medium, preferably water, can be supplied according to arrow 4 . The forming unit also has an upper tool 5 in the form of a stamp with the contour 6 . The upper tool 5 is surrounded by a hold-down device 7 and guided therein. A flat seal is arranged on the active surface of the hold-down device. The hold-down 7 is provided with one or more channels 8 , through which the compressed gas is supplied according to the direction arrow 9 . The compressed gas reaches the space below the plunger 5 via an annular channel in the hold-down device and channels or gaps arranged between it and the flat seal. Instead, the pressurized gas can also be supplied through the stamp.

In das geöffnete Werkzeug wird das Metallblech 10 in Form einer Platine eingelegt und der Niederhalter 7 sowie das Unterwerkzeug 2 zusammengefahren, bis das Blech 10 fest eingespannt ist. Die Einspannung erfolgt mit einer hohen Blechhaltekraft F₁. Nach dem Einspannen des Blechs wird Druckgas in den Raum zwischen Oberwerkzeug 5 und Blech 10 zugeführt und letzteres unter Wirkung des Druckgases in das Unterwerkzeug 2 vorgeformt, wobei die Vorform achssym metrisch ausgebildet ist. Das Vorformen kann bei hoher Blechhaltekraft erfolgen und führt dann zu einem Dehnen des Blechs und damit zu einer Stabilisierung. Bei niedriger Blechhaltekraft kann Material vorwiegend in die Bauteilmit te verbracht werden, was sich bei komplexen Bauteilen emp fiehlt. Nach dem Vorformen wird über den Kanal 3 Druckwas ser gemäß Richtungspfeil 4 zugeführt (Fig. 3), so daß das Unterwerkzeug 2 gefüllt bzw. aufgefüllt wird. Bei einer Blechhaltekraft F₂ < F₁ wird das Oberwerkzeug 5 gemäß Pfeil 12 angetrieben und die Vorform gegen das hydraulische Kissen 13 im Unterwerkzeug 2 zum endgültigen Bauteil umge formt, wobei sich das Blech aufgrund der verminderten Blechhaltekraft F₂ zwischen Niederhalter 7 und Unterwerk zeug 2 nachziehen kann.The metal sheet 10 is placed in the form of a plate in the opened tool and the hold-down device 7 and the lower tool 2 are moved together until the sheet 10 is firmly clamped. The clamping is done with a high sheet holding force F ₁ . After the sheet has been clamped, compressed gas is fed into the space between the upper tool 5 and the sheet 10 and the latter is preformed into the lower tool 2 under the action of the compressed gas, the preform being axially symmetrical. The preforming can take place with a high sheet holding force and then leads to a stretching of the sheet and thus to a stabilization. If the sheet metal holding force is low, material can mainly be brought into the center of the component, which is recommended for complex components. After the preforming 3 Druckwas water is supplied via the direction of arrow 4 ( Fig. 3), so that the lower tool 2 is filled or filled. At a sheet metal holding force F ₂ <F ₁ , the upper tool 5 is driven according to arrow 12 and the preform is formed against the hydraulic cushion 13 in the lower tool 2 to form the final component, the sheet metal being produced due to the reduced sheet holding force F ₂ between hold-down device 7 and lower unit 2 can follow.

Claims

1. A method for the hydromechanical deep-drawing of sheet metal, in that the sheet is clamped in a liquid-tight manner in the parting plane between an upper tool and a lower tool, one of which has the shape contour, and is reshaped by means of the tool having the shape contour against a hydraulic cushion in the other tool, characterized in that the sheet is pressurized and preformed by means of compressed gas and then is finally formed in the same direction by means of the tool having the shape contour.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sheet by means of the compressed gas at high clamping preformed by force and stretched at the same time.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the sheet by means of the shape contour send tool with reduced sheet holding force is formed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the sheet with low sheet hold preformed by force and endge with higher sheet holding force is formed.

5. Device for hydromechanical deep drawing of Me tallblech with a lower tool, an upper tool and a sheet metal holder, the upper tool has the shape contour, while the lower tool has a connection to a hydraulic medium, characterized in that in the of the upper tool ( 5th ) and the clamped sheet ( 10 ) limited space ( 11 ) compressed gas can be supplied.

6. The device according to claim 4, characterized in that on the upper tool ( 5 ) at least one Druckgasan circuit ( 9 ) is provided, which can be opened after clamping the sheet ( 10 ).

7. The device according to claim 5 or 6, characterized records that at least one vent on the upper tool tion opening is provided, which after completion of the front is taxable.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sheet metal holding force (F ₁ , F ₂ ) of the sheet metal holder ( 7 ) can be controlled or regulated.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the pressure build-up in the by the upper tool ( 5 ) and the sheet ( 10 ) limited space ( 11 ) takes place at least partially by the movement of the upper tool.