DE60306103T2

DE60306103T2 - Verfahren und Vorrichtung zum inkrementellen Formen

Info

Publication number: DE60306103T2
Application number: DE60306103T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Norihisa Chiyoda-ku Okada; c/o IP Dept. Amino Corporation Gen Ro; c/o IP Dept. Amino Corporation Yohji Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd; Amino Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Amino Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: AU2003236395A1; US20040187545A1; KR20040086091A; TW200418590A; ATE329704T1; CN1533852A; EP1462189A1; JP4209233B2; US6971256B2; JP2004291067A; DE60306103D1; ES2261881T3; EP1462189B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum inkrementellen Formen und eine Vorrichtung zum inkrementellen Formen zum Formen eines Metallwerkstücks ohne Verwendung einer Pressform.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift 2002-1444 (Europäische Patentanmeldung 1147832 A2) beschreibt ein Verfahren zum inkrementellen Formen, bei dem ein stabförmiges Werkzeug auf die Oberfläche eines Metallblechwerkstücks aufgebracht und das inkrementelle Formen durch Formen des Blechwerkstücks mit dem Werkzeug entlang einer Konturlinie entsprechend der Form des zu bildenden Erzeugnisses ausgeführt wird.
4 zeigt die Form des durch inkrementelles Formen zu bildenden Erzeugnisses.
Das inkrementelle Formen ist eine Technik zum Bilden eines Erzeugnisses 1 aus einem Metallblechwerkstück 10 durch Stützen des Werkstücks in einer durch eine X-Achse und eine Y-Achse gebildete Ebene, Bewegen des Formungswerkzeugs 150 entlang einer Konturlinie in Richtung der Z-Achse eines Formungsabschnitts 20, wodurch das Metallblech gezogen wird, um das Erzeugnis 1 zu bilden.
Bei der Verarbeitung wird ein Abschnitt, der die Bewegung des Formungswerkzeugs 150 in dem Metallblech 10 oder dem Rand des Blechs 10 nicht behindert, durch eine Befestigungsvorrichtung gestützt.
Wenn das Erzeugnis 1a nach dem Formungsverfahren aus der Befestigungsvorrichtung entnommen wird, ist ein flaches Ende 10a, wie in 5 gezeigt, aus einer vorgegebenen Form 10 durch die bei der Verarbeitung einwirkende Beanspruchung verformt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum inkrementellen Formen bereit, die die vorstehend genannten Probleme nach dem Stand der Technik lösen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum inkrementellen Formen nach Anspruch 1 bereit.
Die Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach der vorliegenden Erfindung entspricht Anspruch 4.
Das Zurichtungswerkzeug umfasst vorzugsweise einen in die Spindel einzusetzenden Schaftabschnitt, einen Abschnitt zum Ausblasen von Heißluft, eine elektrische Heizung zum Erwärmen von zugeführter Luft, einen Sensor zum Erfassen der Temperatur der Heißluft am Ausblaseabschnitt und eine Steuerung zum Steuern der Heizung auf der Grundlage der Daten von dem Sensor. Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zum Bewegen des Abschnitts des Zurichtungswerkzeugs zum Ausblasen von Heißluft umfassen, so dass ein vorgegebener Abstand zwischen dem Ausblaseabschnitt und der Oberfläche des behandelten Abschnitts eingehalten wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine erläuternde Ansicht des inkrementellen Formungsverfahrens entsprechend der Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine erläuternde Ansicht des Zurichtungsverfahrens entsprechend der Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine erläuternde Ansicht des Zurichtungswerkzeugs entsprechend der Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine erläuternde Ansicht des inkrementellen Formens nach dem Stand der Technik.
5 zeigt eine erläuternde Ansicht der durch inkrementelles Formen nach dem Stand der Technik erzeugten Beanspruchung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt den inkrementellen Formungsschritt entsprechend der Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt eine erläuternde Ansicht des Zurichtungsschritts.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum inkrementellen Formen, als Ganzes mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet, einen Tisch 110 zum Befestigen eines entlang einer X-Y-Ebene angeordneten Metallblechwerkstücks 10 als das Material, das dem inkrementellen Formen unterzogen werden soll, und eine Werkstückklemme 120 zum Fixieren des Rands des Werkstücks auf dem Tisch. Der Rand des Werkstücks 10 ist zwischen dem Tisch 110 und der Werkstückklemme 120 abgestützt, und dadurch ist das Werkstück in seiner Position fixiert. In der Mitte des Tischs 110 ist ein Formwerkzeug entsprechend einem Formungsabschnitt 20 vorgesehen. Der Tisch 110 und die Werkstückklemme 120 können in der senkrechten bzw. Auf-/Ab-Richtung bezogen auf das Formwerkzeug bewegt werden.
Ein Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen ist an einer nicht gezeigten Spindel oder dergleichen befestigt, die relativ zur X-Y-Ebene bezogen auf das Werkstück 10 bewegt und außerdem in Richtung der Z-Achse (senkrechte Richtung) bewegt werden kann.
Bei der Ausführung des inkrementellen Formens wird ein Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen auf ein Werkstück 10 angewandt, das zwischen dem Tisch 110 und der Werkstückklemme 120 befestigt ist, und das Werkzeug wird relativ entlang der X-Y-Ebene in der Form des Formungsabschnitts 20 bewegt, wobei das Werkzeug 150 entlang der Konturlinie des Formungsabschnitts 20 zuerst in Richtung der Y-Achse, dann in Richtung der X-Achse, danach wieder in Richtung der Y-Achse und sodann wieder in Richtung der X-Achse bewegt wird. Wenn das Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen einmal rund um das Formwerkzeug bewegt worden ist, wird das Werkzeug 150 nach unten bewegt (in Richtung der Z-Achse), wobei gleichzeitig auch der Tisch 110 und die Werkstückklemme 120 nach unten bewegt werden, bevor das Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen entlang der Konturlinie des Formungsabschnitts 20 bewegt wird. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt.
Die Bedingungen zum inkrementellen Formen variieren entsprechend dem Material des Werkstücks 10.
Ist das Werkstück 10 zum Beispiel ein Stück Blech aus einer Aluminiumlegierung, beträgt die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück maximal ca. 30.000 mm/min, und die Steigung der Konturlinie beträgt ca. 0,5 mm.
Während des Verfahrens ist die Spitze des Werkzeugs 150 ständig in Kontakt mit dem Werkstück.
2 zeigt eine erläuternde Ansicht des Zurichtungsverfahrens nach der vorliegenden Vorrichtung.
Zuerst wird das Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen an einer Spindel in der Vorrichtung 100 zum inkrementellen Formen befestigt, und das inkrementelle Formen wird ausgeführt, um dem Formungsabschnitt 20 zu erzeugen. Nach Erzeugen des Formungsabschnitts 20 wird das Werkzeug 150 zum inkrementellen Formen von der Spindel abgenommen und ein Zurichtungswerkzeug 200 an dieser befestigt. Dieser Werkzeugwechsel kann automatisch mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung erfolgen.
3 zeigt eine erläuternde Ansicht der Einzelheiten des Zurichtungswerkzeugs 200.
Das Zurichtungswerkzeug 200 umfasst einen in die nicht gezeigte Spindel der Vorrichtung 100 zum inkrementellen Formen einzusteckenden Schaftabschnitt 210. Das Zurich tungswerkzeug 220 umfasst ein Heißluft-Ausblaserohr 230 und eine in dem Gehäusekörper 220 und dem Heißluft-Ausblaserohr 230 angeordnete Heizung 250.
Für die Heizung 250 kann zum Beispiel eine elektrische Heizung verwendet werden, die elektrische Energie in Wärme umwandelt.
Der Gehäusekörper 220 ist mit einem Luftzufuhrrohr 270 versehen, durch das die Vorrichtung mit Luft von einer nicht gezeigten Luftversorgungsquelle versorgt wird.
Die dem Gehäusekörper zugeführte Luft wird durch die Heizung 250 erwärmt und durch eine Düse 240 an der Spitze des Heißluft-Ausblaserohrs als erwärmte Luft ausgeblasen.
Ein Thermoelement 260 ist an der Innenseite des Düsenabschnitts 240 vorgesehen, um die Temperatur der ausgeblasenen Heißluft zu erfassen.
Die erfassten Daten werden an eine Steuerung 300 übermittelt. Die Steuerung 300 steuert die Heizung 250 so, dass für die durch die Düse 240 ausgeblasene Heißluft eine vorgegebene Temperatur eingehalten wird.
Besteht das Werkstück aus einer Aluminiumlegierung, sind die Bedingungen für das durch Blasen von Heißluft auf das Werkzeug ausgeführte Zurichtungsverfahren wie folgt.
Die Temperatur der durch die Düse ausgeblasenen Heißluft wird auf ca. 800 °C geregelt, während die Bewegungsgeschwindigkeit auf ca. 1.000 mm/min eingestellt ist.
Der Abstand zwischen der Düse und dem Werkstück ist auf ca. 20 mm eingestellt. Die Steuerung der relativen Bewegung zwischen der Düse und dem Werkstück kann durch Änderung des für das inkrementelle Formen verwendeten NC-Programms ohne weiteres automatisiert werden.
Der Bewegungsweg der Düse während des Zurichtungsschritts hängt von der Form des Werkstücks ab, aber wenn das Werkstück einen Formungsabschnitt 20 wie in den Zeichnungen aufweist, wird das Werkstück durch Erwärmen des Bereichs nahe einer Oberkantenlinie 20a und einer Unterkantenlinie 20b des Formungsabschnitts geglüht, wodurch die durch das inkrementelle Formen hervorgerufene Spannungsbeanspruchung abgebaut wird.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird das Werkstück abgestützt, indem sein Rand eingeklemmt wird, und in vertikaler Richtung bewegt, aber eine Beanspruchung entsteht auch, wenn das Werkstück durch Einklemmen seiner Mitte abgestützt wird, so dass dasselbe Zurichtungs- und Glühverfahren ausgeführt werden sollte.
Darüber hinaus können auch Heizvorrichtungen wie Laser, Plasma oder Halogenlampe als Wärmeversorgungsvorrichtung verwendet werden.

Claims

Verfahren zum inkrementellen Formen, ausgeführt durch Anwenden eines Werkzeugs (150) zum inkrementellen Formen auf ein Metallwerkstück (10) und Durchführen des Formens entlang einer Konturlinie, umfassend: einen Ausführungsschritt des inkrementellen Formens, indem das Werkzeug (150) zum inkrementellen Formen auf das Metallwerkstück (10) angewendet und entlang der Konturlinie bewegt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren das daran anschließende Versorgen eines gespannten Abschnitts eines durch den Schritt des inkrementellen Formens geformten Erzeugnisses mit Wärme umfaßt.
Verfahren zum inkrementellen Formen nach Anspruch 1, wobei der Ausführungsschritt des inkrementellen Formens und der Wärmeversorgungsschritt ausgeführt werden, während ein Randabschnitt des Metallwerkstücks (10) festgehalten wird.
Verfahren zum inkrementellen Formen nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (10) entlang einer Kantenlinie eines Formungsabschnitts (20) mit Wärme versorgt wird.
Vorrichtung (100) zum inkrementellen Formen, umfassend einen Tisch (110) zum Befestigen eines Metallwerkstücks (10), eine Werkstückklemme (120) zum Fixieren des Metallwerkstücks (10) am Tisch (110), eine senkrecht zu einer durch den Tisch (110) gebildeten Ebene angeordnete Spindel, und eine Einrichtung zum relativen Bewegen des Tisches und der Spindel, wobei die Spindel ein Werkzeug (150) zum inkrementellen Formen hält, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung ein Zurichtungswerkzeug (200) umfaßt, das gegen das Formungswerkzeug (150) ausgetauscht und an der Spindel befestigt werden kann, wobei das Zurichtungswerkzeug (200) dazu ausgelegt ist, einen gespannten Abschnitt des Werkstücks (10) mit Wärme zu versorgen, während es am Tisch (110) befestigt ist, nachdem es mittels des Formungswerkzeugs (150) geformt wurde.
Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach Anspruch 4, wobei das Zurichtungswerkzeug (200) einen in die Spindel einzusetzenden Schaftabschnitt (210), einen Abschnitt (230) zum Ausblasen von Heißluft, eine elektrische Heizung (250) zum Wärmen von zugeführter Luft, einen Sensor (260) zum Erfassen der Temperatur der Heißluft am Ausblaseabschnitt (230) und eine Steuerung (300) zum Steuern der Heizung (250) auf der Grundlage der Daten vom Sensor (260) umfasst.
Vorrichtung zum inkrementellen Formen nach Anspruch 4, ferner umfasssend eine Einrichtung zum Bewegen des Abschnitts (230) des Zurichtungswerkzeugs (200) zum Ausblasen von Heißluft, wobei ein vorgegebener Abstand von einer Oberfläche eines Verarbeitungsabschnitts eingehalten wird.