DE10026679A1 - Verfahren zum Tiefziehen von Blechen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formteilen mit am Formteilboden angeordneten, lokalen Formkonturen mit kleinen Formradien wird das randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Formstempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt. Um die lokalen Formkonturen bei geringem Wirkmediumdruck auszuformen, wird das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen mittels das Wirkmedium durchsetzender, gegen die lokalen Formkonturen gerichteter Fluidstrahlen mit einem gegenüber dem Druck des Wirkmediums nennenswert höheren Strahldruck umgeformt. Ferner ist eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formteilen mit am Formteilboden angeord­ neten lokalen Formkonturen mit kleinem Formradius, indem das randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein eingeschlos­ senes fluides Wirkmedium umgeformt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Verfahren der vorgenannten Art werden auch als hydromecha­ nisches Tiefziehen bezeichnet. Als Wirkmedien haben sich in der Praxis Öl-Emulsionen durchgesetzt. Das vom Niederhalter gegen das Unterwerkzeug eingespannte Blech wird zugleich gegen eine Dichtung gepreßt und dadurch der Raum unterhalb des Blechs abgedichtet. Dieser Raum des Unterwerkzeugs wird anschließend mit der Öl-Emulsion gefüllt, in welchem sich durch die Fahrbewegung des Stempels über das Blech der not­ wendige Umformdruck aufbaut. Unter dem Druck im Wirkmedium wird das Blech auf dem Formstempel ausgeformt. Nach Errei­ chen der endgültigen Kontur, wird der Druck im Unterwerk­ zeug abgebaut und kann das Formteil entnommen werden.

Bei einfachen Formteilkonturen arbeitet dieses Tiefziehver­ fahren kostengünstig und gegenüber der herkömmlichen Tief­ ziehtechnik mit geringem Werkzeugverschleiß bei geringerer Beanspruchung von Blech bzw. Formteil. Weist das Formteil in seinem gegen das Wirkmedium umgeformten Boden Formkontu­ ren mit engen Radien, wie lokale Vertiefungen, Sicken, Überhöhungen oder dergleichen auf, die an der vorlaufenden Stirnseite des Preßstempels als entsprechende Konturen aus­ gebildet sind, erfordert dies vor allem gegen Ende des Um­ formvorgangs hohe Drücke im Wirkmedium und eine entspre­ chend hohe Zuhaltekraft zur Gewährleistung der Druckdich­ tigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das hydromechani­ sche Tiefziehverfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß Formteile mit lokalen Formkonturen mit kleinen Formradien mit einem solchen Enddruck bzw. einer solchen Niederhalte­ kraft umgeformt werden können, wie sie für das Umformen von Formteilen ohne solche lokalen Formkonturen notwendig sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung vorzu­ schlagen.

Die erstgenannte Aufgabe wird bei einem hydromechanischen Tiefziehverfahren der eingangs genannten Art dadurch ge­ löst, daß das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen mittels das Wirkmedium durchsetzender gegen die lokalen Formkonturen gerichteter Fluidstrahlen mit einem gegenüber dem Druck des Wirkmediums nennenswert höheren Strahldruck umgeformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt für den größten Teil der Formänderungsarbeit die Vorteile des hydromechanischen Tiefziehens. Dort, wo dieses Verfahren hohe Wirkmediendrücke bei gleichzeitig großem Fluidvolumen und damit eine gro­ ße Zuhaltekraft erfordert, nämlich beim Umformen lokaler Formkonturen mit kleinen Formradien, arbeitet das erfin­ dungsgemäße Verfahren mit einer anderen Umformtechnik, in­ dem an den entsprechenden Stellen des Blechs ein lokal be­ grenzter hohe Strahldruck durch Einbringen eines Fluid­ strahls eingesetzt wird. Der Strahldruck kann zwischen dem­ jenigen beim bekannten Hochdruckreinigen und dem ebenfalls bekannten Wasserstrahl-Schneiden liegen. Dies kann bei im wesentlichen konstant bleibendem Druck im Wirkmedium ge­ schehen. Liegt beispielsweise der Wirkmediendruck bei 100 bis 200 bar kann der lokale Strahldruck ein Mehrfaches betragen.

In vorteilhafter Ausführung wird für den Fluidstrahl das fluide Wirkmedium verwendet. Ist das Wirkmedium eine Öl/Wasser-Emulsion kann für den Fluidstrahl auch nur Wasser verwendet werden.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß das Fluid für den Fluidstrahl von dem eingeschlossenen Wirkmedium abge­ zweigt, das abgezweigte Fluid auf den höheren Strahldruck gebracht und unter diesem Strahldruck wieder in das Wirkme­ dium eingespeist wird.

Das Wirkmedium wird also nach außerhalb des Unterwerkzeugs abgezweigt und dort mittels einer geeigneten Einrichtung auf den höheren Strahldruck gebracht und anschließend wie­ der in das Wirkmedium an den lokal begrenzten Formkonturen eingespeist.

Von Vorteil erfolgt die Einspeisung des Fluidstrahls mit geringem Abstand von dem Blech, um den Strahldruck ohne zu große Druckverluste im Wirkmedium an den gewünschten Stel­ len zur Wirkung zu bringen.

Der Abstand des in das Wirkmedium eintretenden Fluidstrahls von dem Blech wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Endposition des Formstempels eingestellt, um auch bei Ände­ rung des Formteils bzw. des Umformwegs des Formstempels den Strahldruck optimal zur Wirkung zu bringen. Ferner kann vorgesehen sein, daß der Strahldruck des Fluidstrahls in Abhängigkeit von Art und Größe der lokalen Formkontur ein­ gestellt wird.

Zur Lösung der Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung mit einem in einem Pressengestell geführten Formstempel mit der Formkon­ tur des Formteilbodens, einem behälterförmigen Unterwerk­ zeug mit Zu- und Ablauf für ein fluides Wirkmedium und ei­ nem das Blech randseitig einspannenden Niederhalter. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß in dem Unterwerkzeug gegenüber den lokalen Form­ konturen mit kleinem Formradius an dem Formstempel Strahl­ düsen zur Erzeugung von Fluidstrahlen hohen Drucks positio­ niert sind, die gegen die lokalen Formkonturen am Formstem­ pel gerichtet sind.

Die Strahldüsen sind im Unterwerkzeug entsprechend der An­ ordnung der lokalen Formkonturen am Formstempel positio­ niert. Sie sind in einer solchen Höhe angeordnet, daß sie gegen Ende der Umformbewegung des Formstempels einen gerin­ gen Abstand von dem Formstempel bzw. dem Blech aufweisen, so daß der Fluidstrahl mit seinem erhöhten Strahldruck das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen umformt. Während beim hydromechanischen Tiefziehen für solche Formkonturen Wirkmediendrücke bis zu 1500 bar im gesamten Volumen des Unterwerkzeugs erzeugt werden müssen, kann bei der erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung der Wirkmediendruck auf ca. 100 bar für den größten Teil der Formänderungsarbeit begrenzt bleiben. Nur im Bereich der lokalen Formkon­ turen wird in einem kleinvolumigen Bereich kurzzeitig ein hoher Strahldruck wirksam. Auf diese Weise können auch großflächige Werkstücke mit kleinen Formradien auf Vorrich­ tungen mit relativ geringer Zuhaltekraft geformt werden. Es lassen sich insbesondere auch Radien einformen, die mit der herkömmlichen hydromechanischen Umformung nicht mehr form­ bar sind.

In vorteilhafter Ausführung sind die Strahldüsen am Boden des Unterwerkzeugs angeordnet und vorzugsweise mit Bezug auf die Endposition des Formstempels abstandsveränderlich angeordnet, so daß der Abstand an die jeweils gestellte Um­ formaufgabe angepaßt werden kann. Die Verstellung der Strahldüsen bezüglich ihres Abstandes vom Formstempel er­ folgt vorzugsweise hydraulisch.

Ferner sind die Strahldüsen zweckmäßigerweise auswechselbar am Unterwerkzeug angeordnet, um sie leicht austauschen zu können.

In weiterhin bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß die Strahldüsen an eine außerhalb des Unterwerkzeugs angeordne­ te Druckerhöhungspumpe angeschlossen sind, die mit ihrer Niederdruckseite an das Unterwerkzeug angeschlossen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Ansicht einer hydromechanischen Presse in der Ausgangsposition;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht in ei­ ner Zwischenposition des Formstempels und

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht in der Endposi­ tion;

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung nur die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Bauteile einer hydromechanischen Presse. Sie weist als Oberwerkzeug einen Preßstempel 1 auf, der in nicht gezeigten Führungen des Pressengestells vertikal heb- und senkbar ist und dessen im wesentlichen vertikale Umfangsfläche 3 in Verbindung mit der vorlaufenden Stirnseite 4 die Innenkontur des herzu­ stellenden Formteils bestimmt. Ferner weist die Presse ein Unterwerkzeug 5 auf, das im wesentlichen behälterförmig ausgebildet ist und mit einem Zulauf 6 und einem Ablauf 7 für ein hydraulisches Wirkmedium, z. B. eine Öl-Emulsion, ausgestattet ist. Schließlich weist die Presse einen Nie­ derhalter 8 auf, der gegen den oberen Rand 9 des Unterwerk­ zeugs 5 zustellbar ist, in welchem eine Dichtungseinrich­ tung 10, z. B. eine umlaufende Ringdichtung, angeordnet ist.

Der Preßstempel 1 weist an seiner vorlaufenden Stirnseite 4 eine den Boden des Formteils abbildende Formfläche auf, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel lokale Formkonturen 11 und 12 in Form von Vertiefungen mit kleinen Formradien ent­ hält.

Im Unterwerkzeug 5 sind gegenüber den lokalen Formkonturen 11, 12 am Formstempel 1 Strahldüsen 13, 14 angeordnet. Die Strahldüsen 13, 14 sind über eine Leitung 15 an eine außer­ halb des Unterwerkzeugs angeordnete Druckerhöhungspumpe 16 angeschlossen, die mit ihrer Niederdruckseite wiederum über eine Leitung 17 an das Unterwerkzeug 5 angeschlossen ist, so daß das Wirkmedium 19 (Fig. 2) aus dem Unterwerkzeug entnommen und über die Druckerhöhungspumpe 16 den Strahldüsen 13, 14 zugeführt wird.

Nach dem Einlegen des Blechs 2 in die geöffnete Presse und Schließen des Niederhalters 8 gegen den Rand des Blechs 2 und das Unterwerkzeug 5 wird über den Zulauf 6 das hydrau­ lische Medium 19 (Fig. 2) in das Unterwerkzeug 5 bei ge­ schlossenem Ablauf 7 eingefüllt. Anschließend fährt der Formstempel 1 nach unten und formt das Blech 2 mit seiner Formkontur 4 um, wie dies in Fig. 2 in einem Zwischenstadium gezeigt ist. Dabei findet im Bereich der lokalen Formkontu­ ren 11, 12 bereits ein Vorformen statt. Am Ende der Absenk­ bewegung des Formstempels 1 werden die Strahldüsen 13, 14 mittels der Druckerhöhungspumpe 16 mit dem Wirkmedium be­ aufschlagt und wirkt der erzeugte Fluidstrahl gegen das Blech im Bereich der Formkonturen 12, 13 des Formstempels, so daß das Blech in diese Formkonturen eingeformt wird. Nach Abschalten der Strahldüsen 14, 15 und Ablassen des Wirkmediums 19 kann der Formstempel 1 zurückgefahren, der Niederhalter 8 angehoben und das Formteil entnommen werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formtei­ len mit am Formteilboden angeordneten lokalen Formkon­ turen mit kleinem Formradiums, indem das randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Form­ teils aufweisenden Formstempels gegen ein eingeschlos­ senes Wirkmedium umgeformt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen mittels das Wirkmedium durchsetzender, gegen die loka­ len Formkonturen gerichteter Fluidstrahlen mit einem gegenüber dem Druck des Wirkmediums nennenswert höherem Strahldruck umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fluidstrahl das fluide Wirkmedium verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Fluid für den Fluidstrahl von dem eingeschlossenen Wirkmedium abgezweigt, das abgezweigte Flu­ id auf den höheren Strahldruck gebracht und unter die­ sem Strahldruck wieder in das Wirkmedium eingespeist wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fluidstrahl mit geringem Abstand von dem Blech in das Wirkmedium eingespeist wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand des in das Wirkmedium eintretenden Fluidstrahls von dem Blech in Abhängigkeit von der Endposition des Formstempels eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahldruck des Fluidstrahls in Abhängigkeit von Art und Größe der lokalen Formkontur eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Blech bei im wesentlichen kon­ stanten Druck im Wirkmedium mittels des Fluidstrahls umgeformt wird.

8. Vorrichtung zum Tiefziehen von ebenen Blechen (2) zu Formteilen mit am Formteilboden angeordneten lokalen Formkonturen mit kleinem Formradius mit einem in einem Pressengestell geführten Formstempel (1) mit der Form­ kontur des Formteilbodens, einem behälterförmigen Un­ terwerkzeug (5) mit Zu- und Ablauf (6, 7) für ein flui­ des Wirkmedium (19) und einem das Blech randseitig ein­ spannenden Niederhalter (8), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Unterwerkzeug (5) gegenüber den lokalen Formkonturen (11, 12) mit kleinem Formradius am Form­ stempel (1) Strahldüsen (13, 14)zur Erzeugung von Fluidstrahlen hohen Drucks positioniert sind, die gegen die lokalen Formkonturen am Formstempel (1) gerichtet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahldüsen (13, 14) am Boden des Un­ terwerkzeugs (5) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (13, 14) mit Bezug auf die Endposition des Formstempels (1) abstandsverän­ derlich angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (15, 16, 17) aus­ wechselbar im Unterwerkzeug (5) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (13, 14) hydraulisch verstellbar sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (13, 14) an eine außerhalb des Unterwerkzeugs (5) angeordnete Druckerhö­ hungspumpe (16) angeschlossen sind, die mit ihrer Nie­ derdruckseite an das Wirkmedium im Unterwerkzeug (5) angeschlossen ist.