DE3709181A1

DE3709181A1 - Verfahren zur herstellung von komplizierten blechteilen und werkzeug fuer die druckumformung solcher blechteile

Info

Publication number: DE3709181A1
Application number: DE19873709181
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Burggraf
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-09-29
Also published as: JPS6415230A; EP0288705A3; EP0288705A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von komplizierten Blechteilen in einem mehrere Bearbeitungs schritte umfassenden Arbeitsgang.

Die Erfindung hat auch ein Werkzeug für die Druckumformung von solchen Blechteilen mit einem einen Tiefziehvorgang ermöglichenden formgebenden Werkzeugteil zum Gegenstand.

Beim konventionellen Tiefziehen wird die Platine auf eine Matrize gelegt. Ein Niederhalter hält die Platine fest. Der niedergehende Tiefziehstempel zieht den Werkstoff über eine abgerundete Ziehkante in den Ziehring: es entsteht ein Hohlteil.

Nun hat aber die Rationalisierung und größere Varianten vielfalt der Produkte, insbesondere im Automobilbau, sowie ein verstärkter Einsatz des Leichtbaus zu einer Vielzahl komplizierter Tiefziehformen geführt, die Blechhersteller wie Blechverarbeiter vor Verarbeitungs probleme stellt.

Die Begrenzungen beim konventionellen Tiefziehen mit starren Werkzeugen werden heutzutage mit nachgiebigen Werkzeugen dadurch umgangen, daß mit Wirkmedien und Wirkenergien arbeitet (DIN 8584, Blatt 3 (5.1.)).

Beim konventionellen Tiefziehen traten neben hoher Zugbeanspruchung in der Zarge
punktweise Spannungskonzentrationen
örtliche unterschiedliche Wanddicken
Faltenbildung, insbesondere Falten zweiter Ordnung
hohe Werkzeugkosten, insbesondere bei unregelmäßigen Teilen sowie bei Teilen mit Hinterschneidungen,
auf.

Das Ziehverhältnis war begrenzt.

Aus diesem Grunde waren mehrere dreiteilige Werkzeuge für die Fertigung eines Blechteils notwendig, beispiels weise Ziehwerkzeuge, Schneidwerkzeuge, Lochwerkzeuge, Abkantwerkzeuge, Schieberwerkzeuge und Entformwerkzeuge.

Dies bedeutet andererseits hohe Werkzeugkosten, d. h. hohe Teilekosten bei niedrigen Stückzahlen, was sich insbesondere bei Prototypen und Kleinserien niederschlägt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, für die Fertigung eines Blechteils auf die unterschied lichsten gesonderten Zieh-, Schneide-, Loch-, Abkant-, etc. Werkzeuge zu verzichten und hierfür ein einziges Werkzeug und ein neuartiges Verfahren vorzuschlagen, bei dem alle zur Herstellung eines Blechteils notwendigen Fertigungsstufen in einem oder mehreren Werkzeugteilen und/oder Werkzeugen durchgeführt werden.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß

a) zunächst die Blechplatine aufgelegt wird
b) der Druck kontinuierlich bis z. B. 800 bar unter Durch laufen von verschiedenen Druckphasen erhöht wird,
in der ersten Phase die Randbeschneidung zur Formplatine vorgenommen wird, wobei das Material in die Vertiefungen des Formwerkzeugs nachfließt,
in der nachfolgenden Phase die Formplatine an tieferen Stellen des Werkzeugs zwischenbeschnitten wird, wobei der Werkstoff weiter in die Vertiefungen, Ecken und Hinterschneidungen nachfließt und der Druck bis zur Endphase erhöht wird, das Werkstück endgeprägt, endbeschnitten, gelocht, durchgestellt und abgekantet wird.

Die obengenannten Punkte a) bis e) sind nur eine Analyse des Vorgangs. Der Vorgang selbst ist praktisch ein einziger.

Der Vorgang ist geeignet für das Tiefziehen mit Wirkmedien. Er ist ebenfalls geeignet für das Tiefziehen mit Wirkenergie (DIN 8584, Blatt 3 (5.1)).

Mit dem neuen Verfahren werden alle zur Herstellung eines Blechteils notwendigen Fertigungsstufen wie Zieh-, Präge-, Abkant-, Durchstell-, Loch-, Schneide-, Bördel- und sonstigen Operationen, wie z. B. einem Werkzeugteil, beispielsweise in einem Preßvorgang durchgeführt. Natürlich sind mehrere Werkzeugteile, mehrerer Preßvorgänge möglich, ohne daß darum gesondert Werkzeuge, wie bisher üblich, nämlich Ziehwerkzeuge, Schneidwerkzeuge, Ziehwerkzeuge nächste Stufe, Ziehwerkzeuge letzte Stufe, Beschneiden, Abkanten, Nachkanten erforderlich wären.

Vorzugsweise wird gegen einen zum Ausformen der Teile geometrie ausreichenden Druck gelocht.

Vorzugsweise ist ein Werkzeug für die Druckumformung von solchen Blechteilen mit einem einen Tiefziehvorgang er möglichenden formgebenden Werkzeugteil vorgesehen und zeichnet sich aus durch
Druckaufbringung durch Wirkmedien wie fluiddruckbeauf schlagte Gumi- oder Polyurethanmembranen oder Gummi kissen
oder Druckaufbringung ausschließlich durch Explosiv umformung oder Schallwellen in der jeweiligen Funktion als Gegenwerkzeug.

Zweckmäßig zeichnet sich das Werkzeug aus durch ein gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehendes formgebendes Werkzeugteil, welches folgende Teile umfaßt:

1. während einer ersten Ziehstufe die Blechplatine be schneidenden Werkzeugteile;
2. bei Druckerhöhung in einer zweiten Ziehstufe die vor geformte Blechplatine ein weiters Nachfließen des Werkzeugs ermöglichende zwischenbeschneidende Werkzeugteile;
3. bei weiterer Druckerhöhung das volle Ausformen des Werk stücks ermöglichende Werkzeugteile mit einem nachgebenden Gegenhalter.

Mit einer solchen neuartigen Presse ließen sich bisher nur Prägeteile herstellen. Völlig neu auf diesem Gebiet ist das Herstellen von Ziehteilen mit einer solchen Presse (nur ein Gegenwerkzeug, kein eigentliches Werkzeug).

Zweckmäßig sind für das Zwischenbeschneiden bei Block verformung bzw. Hohlraumverformung Schneidleisten im Zieh graben angeordnet.

Günstig ist es, daß für das Zwischenbeschneiden bei Hohl raumverformung der Schnittgraben oder die Blechhalter oder bei aufgeteiltem Werkzeug die Werkzeugelemente bei einstellbarem Vorwiderstand gegen einen Endwiderstand ge federt sind. So wird es möglich, daß die Herstellung eines kreisförmigen Loches nicht in einer Phase erfolgt, die von einer nachfolgenden das Loch in eine Ellipse verformenden Phase geformt wird. Vielmehr ist bei der Maßnahme nach der Erfindung das Teil praktisch fertig verformt, dann gibt erst bei Überschreiten des Federgegendrucks die Feder nach, das Schneideisen schneidet das Loch.

Zweckmäßig wird der einstellbare Vorwiderstand gebildet
durch einen einen Schneidring durchsetzenden Stempel, der über eine Tellerfeder gegen den Vorwiderstand sich abstützt;
dagegen wird für große Löcher mit starrem Schnittring und starrem Einsatz gearbeitet.

Praktisch wird das für Prägen und Abkanten bekannte Ver fahren bzw. Werkzeug, das mittels fluidbeaufschlagter Membran gegen starre Formblöcke arbeitet auf Tiefziehgesenke bzw. auf das Tiefziehen und Beschneiden ermöglichende Gesenke ohne Gegenwerkzeuge angewendet.

Gegenüber dem bekannten beweglichen Blechhalter wird erfindungsgemäß nur ein starrer Blechhalter verwendet oder es wird völlig ohne Blechhalter gearbeitet.

Die Schneidleisten im Formwerkzeug finden ebenfalls kein Gegenstück im Stand der Technik. Die Bearbeitung ist ungewöhnlich schonend.

Zum Entformen kann das die Hinterschneidungen tragende Werkzeugteil als getrennt betätigbares Losteil ausgebildet sein.

Hierzu können in das formgebende Werkzeugteil einlegbare Losteile, insbesondere als Einsatz zum Vorlegen des Materials bei schwierigen Bereichen, insbesondere auch Veränderungen vorgesehen sein.

Während des Preßvorgangs wird also beispielsweise eine Membran mit Öl unter sehr hohem Druck beaufschlagt. Infolge des extrem hohen Preßdrucks verhält sich die Membran wie eine Flüssigkeit und die auf dem Werkzeug bzw. dem Stempel und dem Blechhalter oder der Matrize und dem Blech halter befindlichen Platinen nehmen mit hoher Genauigkeit die Form des Werkzeugs an.

Das Teil kann also komplett in einem einzigen Preßvorgang gefertigt werden.

Es ergeben sich Werkstoffeinsparungen von 90% und mehr. Handarbeit wird bei der Teilefertigung, was für Prototypen und Kleinserien wichtig ist, entfallen. Materialverfestigung ist nicht zu befürchten.

Es ergibt sich eine seriennahe Aussage bei Crash- und Korrosionsverhalten (wesentlich geringerer Änderungsumfang nach der Crashreihe mit Ausfallmustern).

Das Fertigteil ist schneller verfügbar. Die Maßhaltigkeit wird gesteigert. Die Oberflächenqualität wird verbessert; Anlaufkanten gibt es nicht mehr. Bei Werkzeugänderungen ist der Aufwand gering. Ein Eintuschieren der Werkzeuge fällt fort. Der Werkzeugverschleiß im Vergleich zur konventionellen Methode ist geringer. Höhere Ziehverhältnisse (+30%) sind erreichbar. Auch ein schwierigeres Design ist möglich. Eine Blechdickenreduzierung ist möglich.

Alle zur Herstellung eines Blechteils notwendigen Fertigungs stufen können in einem Werkzeugteil hergestellt werden. Es ergibt sich eine Einsparung von Pressenkapazität und Zusatzteilen. Die Umformbarkeit, insbesondere bei Aluminium, kann durch Auflegen einer zweiten Platine (St, Al . . .) erhöht werden, welche anschließend wieder entfernt wird. Eine Materialvorlegung durch Einsätze (KS, Al, St . . .) ist möglich.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

Fig. 1 ein zu fertigendes Blechteil;

Fig. 2 ein Blechumformwerkzeug nach der Erfindung in Explosionsdarstellung;

Fig. 3 einen Schnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Werk zeug;

Fig. 4 eine Einzelheit zu Fig. 3; und die

Fig. 5 bis 9 den Arbeitsablauf beim Arbeiten mit dem neuen Blechumformungswerkzeug.

Fig. 1 (Bild 1) zeigt das beispielsweise zu fertigende Blechteil, hier eine PKW-Seitenwand vorne rechts. Zu seiner Herstellung werden Schnitt-, Abkant-, Durchstell-, Zieh- und weitere Operationen benötigt, d. h. normalerweise Schnitt-, Durchstell-, Zieh- und Schieberwerkzeuge für Hinterschneidungen.

Die Hinterschneidungen sind durch den Schnitt A-A bzw. die Einzelheit X in Fig. 1 gut verdeutlicht.

Nach Fig. 2 besteht das neue Blechformungswerkzeug aus mehreren Teilen, damit das gefertigte Blechteil vom Stempel auch abgehoben werden kann (siehe nur die Hinterschneidungen in Fig. 1). Überraschend sind nun im Stempel- und Blechhalter (Fig. 2 und 3) alle zur Fertigung des Blechteils notwendigen Werkzeugelemente integriert. Fig. 3 zeigt das im Schnitt dargetellte komplette Universalwerkzeug.

Dieses besteht aus formgebenden Werkzeugteilen 1 a, 1 b und 1 c, die hier als positive Werkzeugteile ausgebildet sind. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt, es kann sich auch um negative Werkzeugteile handeln. Deutlich erkennbar ist der seitliche Blechhalter 2, die weiter unten zu be schreibende Lochvorrichtung 3 (siehe nächstes Bild), der Entformmechanismus 4 sowie die Schnittleisten 5 für Zwischenbeschnitt, die Schnittleisten für Endbeschnitt 6, Schnittleisten für die Formplatine 7 sowie Losteile 8, die notwendig bei der Blechteilfertigung in mehreren Preß stufen sind. Es handelt sich um einen Einsatz zum Vorlegen des Materials bei schwierigen Bereichen oder um einen solchen für Änderungen (Bezugszeichen 9). Man erkennt die für den Zusammenbau, für das Ausheben und für Einsätze notwendigen Mechanismus wie die Schwenkführung 20, das schwenkbare Los teil mit Hinterschneidung 21, Zentriernocken 22, die in einer entsprechenden Bohrung 23 aufgenommen werden, die Aushebevorrichtung 24 oder Arretierung 25, wobei das Bauteil 1 c beispielsweise zum Lochen und Durchstellen (geschlossen Abkanten) geeignet ist. Der nur teilweise dargestellte Schnittring 3 ist deutlicher in Fig. 3 zu sehen. Er besteht aus der Bohrung, dem einzusetzenden eigentlichen Schnitt ring, dem Gegenhalter und der noch zu beschreibenden Teller feder.

In Fig. 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Angedeutet ist ein Umformungsdruck p der auf der Membran anliegt. In Fig. 3 fällt auf, daß eine Reihe von Bauteilen (abgesehen von der bereits erwähnten Loch vorrichtung 3) federgelagert sind, so beispielsweise die Schnittleisten 5 für Zwischenbeschnitt wie die Schnitt leisten 6 und 7.

Stempel und Blechhalter sind starr. Sie können für ein fachere Bauteile auch einteilig ausgebildet werden, wo ein gesonderter Aushebemechanismus 24 nicht erforderlich wird, weil Unterschneidungen nicht vorhanden sind. Allerdings ist der Stempel 1 a, 1 b, 1 c beweglich relativ zum Blechhalter 2. Die Bewegung kann auf mechanischem, hydraulischem, pneumatischem oder sonstigem Wege herbeigeführt werden.

Fig. 4 zeigt als Einzelheit die Lochvorrichtung 3 der vorherigen Figuren. Der Lochvorgang hat stattgefunden. Man erkennt (mittig) den Abfall und das stehengebliebene Blechteil 10, den Kolben 28, der die Feder 27 bei Über schreiten eines bestimmten voreinstellbaren Druckes (bei spielsweise 700 bar) zusammengedrückt hat.

Wie man mit dem Blechumformwerkzeug bzw. mit dem Verfahren nach der Erfindung arbeitet, verdeutlichen die schematisch im folgenden beschrieben Fig. 5 bis 9:

Fig. 5 (Bild 1) zeigt das Blechformwerkzeug 1 (vor dem Preßvorgang) im Schnitt, mit aufgelegter Blechtafel (p ₀ = 0 bar).

In Fig. 6 (Bild 2) ist derBeginn des Preßvorgangs darge stellt.

Die Formplatine wird geschnitten (Nachfließen des Materials) (p ₁ < p ₀).

Fig. 7 (Bild 3) zeigt einen weiteren Druckanstieg. Um ein weiteres "Nachfließen" des Materials zu ermöglichen, sind Schnittleisten5 angebracht (p ₂ < p ₁).

Fig. 8 (Bild 4) zeigt das fertig abgepreßte Formteil
- Endbeschnitt 6; 6
- Bereich X ausformen und lochen
(p ₃ < p ₂).

In Fig. 9 (Bild 5) ist das fertige Formteil dargestellt (p = 0 bar).

Das Stempelelement 1 b wird hochgefahren, das fertige Teil 10′′ (Seitenwand einer PKW Türe beispielsweise) wird genauso wie die Abfälle entnommen.

Der Entformvorgang läuft wie folgt ab:
das Blechteil 10′′ wird nach links geschoben
das Blechteil wird dann nach vorne gedrückt und
schließlich wird das Blechteil nach oben herausgenommen. Bei Bedarf können beliebig viele Werkzeugelemente nach giebig ausgelegt werden entsprechend dem oben beschriebenen Federboden 3.

Das Teil kann auch in Stufen (in einer oder mehreren Werkzeug teilen, mit oder ohne Losteile) gepreßt werden. Die Zwischen beschnitte können in der Presse oder konventionell erfolgen (z. B. von Hand, mittels Laser, Schnittwerkzeugen . . .).

Welche der Methoden angewendet wird, ist von den benötigten Stückzahlen abhängig (Wirtschaftlichkeitsbetrachtung).

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von komplizierten Blech teilen in einem mehrere Bearbeitungsschritte um fassenden Arbeitsgang, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zunächst die Blechplatine aufgelegt wird,
b) der Druck kontinuierlich bis z. B. 800 bar unter Durchlaufen von verschiedenen Druckphasen erhöht wird, wobei,
in der ersten Phase die Randbeschneidung zur Formplatine unter Nachfließen des Materials in die Vertiefungen des Formwerkzeugs vorgenommen wird und
in der nachfolgenden Phase die Formplatine an tieferen Stellen des Werkzeugs zwischenbeschnitten wird, wobei der Werkstoff weiter in die Vertiefungen, Ecken und Hinterschneidungen nachfließt und daß der Druck bis zur Endphase erhöht wird, das Werkstück endgeprägt, endbeschnitten, gelocht, durchgestellt und abgekantet wird und
c) das Blechteil nach Druckabbau entformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegen einen zum Ausformen der Telegeometrie aus reichenden Druck gelocht wird.

3. Werkzeug für die Druckumformung von Blechteilen mit einem einen Tiefziehvorgang ermöglichenden form gebenden Werkzeugteil, gekennzeichnet durch Druck aufbringung durch Wirkmedien wie fluiddruckbeaufschlagten Gummi oder PU-Membranen oder Gummikissen oder Druckaufbringung ausschließlich durch Explosions umformung oder Schallwellen in der jeweiligen Funktion als Gegenwerkzeug.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein formgebendes Werkzeug bestehend aus folgenden Teilen:

1. während einer ersten Ziehphase die Blechplatine (10) beschneidenden Werkzeugteilen (7);
b) bei Druckerhöhung in einer zweiten Zwischenstufe die vorgeformte Blechplatine unter weiterem Nachfließen des Werkstoffs ermöglichende zwischenbeschneidende Werkzeugteile;
c) bei weiterer Druckerhöhung das volle Ausformen des Werkstücks ermöglichende Werkzeugteile mit einem nachgebenden Gegenhalter.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch das Nachfließen ermöglichende Schneidleisten (7; 6; 5) sowie Lochmatrizen (3).

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Zwischenbeschneiden bei Blockverformung bzw. Hohlraumverformung die Schneidleisten im Zieh graben angeordnet sind.

7. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Zwischenbeschneiden bei Hohlraumverformung der Schnittgraben oder die Blechhalter oder bei aufgeteiltem Werkzeug die Werkzeugelemente bei einstellbarem Vorwiderstand gegen einen End widerstand gefedert sind.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Vorwiderstand gebildet wird durch einen einen Schneidring durchsetzenden Stempel (Fig. 4), der über eine Tellerfeder (27) gegen einen Vorwiderstand sich abstützt.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für größere Löcher mit starrem Schnittring und starrem Einsatz gearbeitet wird.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entformen das die Hinter schneidungen tragende Werkzeugteil als getrennt be tätigbares Losteil ausgebildet ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch in das formgebende Werkzeugteil einlegbare Losteile (8), insbesondere als Einsatz zum Vorlegen des Materials bei schwierigen Bereichen, insbesondere auch für Änderungen (9).