DE102009007377B4

DE102009007377B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufweiten und Auffangen von Butzen zur Anwendung beim Innenhochdruck-Umformen

Info

Publication number: DE102009007377B4
Application number: DE200910007377
Authority: DE
Inventors: Mike M. Lake Orion Ghiran; Vincent J. Lake Orion Sychta; George W. Brighton Bachelor; Terry A. East China Kent
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: CN101502861A; DE102009007377A1; US7503198B1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Stanzen eines Loches (25, 27) in einem Werkstück (18), das für Innenhochdruck-Umformungsanwendungen geeignet ist, umfassend:
einen ersten Werkzeugabschnitt (14) mit einem ersten Stempelhohlraumabschnitt (20);
einen zweiten Werkzeugabschnitt (32) mit einem zweiten Stempelhohlraumabschnitt;
wobei der erste und der zweite Werkzeugabschnitt (14, 32) einen Werkzeughohlraum (16) definieren, der derart ausgebildet ist, um das Werkstück (18) aufzunehmen, und der erste und der zweite Stempelhohlraumabschnitt (20) den Werkzeughohlraum (16) schneiden;
wobei der zweite Stempelhohlraumabschnitt einen Butzenauffangbereich (56) umfasst, der koaxial mit dem ersten Stempelhohlraumabschnitt (20) ist;
einen Stempel (22) mit einer abgewinkelten Schneidfläche (36), der derart ausgebildet ist, dass er sich innerhalb eines Querdurchganges bewegt, der durch den ersten Stempelhohlraumabschnitt (20) und den Butzenauffangbereich (56) des zweiten Stempelhohlraumabschnitts definiert ist;
wobei der Stempel (22) einen Querschnitt rechtwinklig zu dem Querdurchgang aufweist und die abgewinkelte Schneidfläche (36) des Stempels (22) eine Oberfläche aufweist, die größer ist...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft das Stanzen von Löchern in innenhochdruck-umgeformten Teilen während des Innenhochdruck-Umformungsprozesses.
Hintergrund der Erfindung
Innenhochdruck-Umformen wird zum Erzeugen von Teilen verwendet, da es in der Lage ist, einteilig ein/en hohles/n Rohr, Balken oder anderes Element mit einer komplexen Form zu bilden, das/der ansonsten aus mehreren Stücken hergestellt und/oder in Form gebogen werden müsste. Ein dünnwandiger Rohling wird in einem Werkzeughohlraum eingesetzt, der eng mit dem Äußeren des zu erzeugenden Teiles übereinstimmt. Dann wird das Rohr mit einem Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagt, um es in die Form des Werkzeughohlraumes aufzuweiten. Wenn weitere Arbeitsschritte erforderlich sind, wird der Druck von dem fertiggestellten Teil weggenommen und dieses entfernt.
Innenhochdruck-Umformen lässt das Bilden komplexer Formen mit Konkavitäten zu, was mit herkömmlichem Pressen mit geschlossenem Werkzeug schwierig oder unmöglich wäre. Innenhochdruck-umgeformte Teile können oft mit einem höheren Steifigkeits-/Gewichts-Verhältnis und geringeren Kosten pro Einheit als traditionelle gepresste oder gepresste und geschweißte Teile hergestellt werden.
Oft können verschiedene Löcher oder Öffnungen in der Wand des endgültigen Teiles erwünscht sein. Diese können nach Gegebenheit gebohrt oder geschnitten werden, es kann jedoch auch erwünscht sein, den Lochstanzprozess in den Innenhochdruck-Umformungsprozess selbst aufzunehmen. Die Aufnahme des Lochstanzprozesses ist von Vorteil, um die Gesamtzahl der Schritte in der Fertigung des Teiles zu reduzieren und kann weitere Vorteile besitzen wie z. B.: reduzierte Schadensraten, reduziertes Abfallmaterial, engere Toleranzen etc.
Bezüglich des zuvor beschriebenen Standes der Technik sei an dieser Stelle exemplarisch auf die DE 10 2008 003 492 A1 oder auf die DE 10 2008 008 469 A1 verwiesen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Vorrichtung zum Stanzen von Löchern in einem ausreichend dünnwandigen Teil, das für Innenhochdruck-Umformungsanwendungen geeignet ist, ist vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein oberes und ein unteres Werkzeug, die einen Werkzeughohlraum bilden, in dem das Rohlingsteil angeordnet wird. Das obere und das untere Werkzeug umfassen Hohlräume, die zusammen einen Querdurchgang rechtwinklig zu dem Teil definieren. Der Querdurchgang hält und führt einen abgewinkelten Stempel, der verwendet wird, um Löcher in das Teil zu stanzen, wenn sie durch das Teil und den Werkzeughohlraum gezwungen wird. Der abgewinkelte Stempel weist einen länglichen Körper mit einer Schneidfläche an einem Ende auf, wobei das andere Ende verwendet wird, um den Stempel zu betätigen und ihn durch das Teil vorzurücken. An dem Stanzende des Stempels ist die abgewinkelte Schneidfläche derart ausgebildet, dass sie den durch das Stanzen eines Loches in dem Teil erzeugten Butzen aufweitet oder ausdehnt. Die Aufweitung oder Ausdehnung hat einen Butzen zur Folge, der eine Fläche aufweist, die größer ist als die der Querschnittsfläche des Stempels. Nachdem ein zweiter Butzen durch Stanzen eines Loches in der gegenüberliegenden Wand des Teiles erzeugt worden ist, rückt der Stempel durch einen Butzenauffangbereich vor. Da der Butzenauf fangbereich kleiner ist als die aufgeweiteten Butzen, werden die Butzen, wenn sich der Stempel in seine Anfangsposition zurückzieht, von der Schneidfläche abgeschlagen und aus dem System ausgeschieden oder entfernt.
Ein Verfahren zum Stanzen von Löchern in einem ausreichend dünnwandigen Teil, die für Innenhochdruck-Umformungsanwendungen geeignet ist, ist vorgesehen. Im ersten Schritt wird ein Werkstück innerhalb eines Werkzeughohlraumes vorgesehen. Das Werkstück wird dann einem hydraulischen Druck unterworfen, sodass es sich aufweitet, um den Werkzeughohlraum zu füllen. Dann wird ein Stempel durch das Werkstück gezwungen, der ein Loch in das Werkstück stanzt und einen Butzen davon erzeugt. Wenn der Butzen von dem Werkstück abbricht, weitet er sich auf, wenn sich das Material entspannt; diese Aufweitung macht den Durchmesser des Butzens größer als den Durchmesser des Stempels. Der Butzen wird dann durch einen Butzenauffangbereich geführt, welcher einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Butzendurchmesser. Nachdem der Butzen den Butzenauffangbereich freigibt, pendelt der Stempel in seine ursprüngliche Position zurück. Wenn sich die Fläche des Stempels über den Butzenauffangbereich hinaus zurückzieht, ist der Butzen zu groß, um dem Stempel zurück nachzufolgen, und der Butzen wird von dem Stempel abgestreift.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein fragmentarischer schematischer Querschnitt einer Ausführungsform einer Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung;
2 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts des in 1 gezeigten Stempels;
3–9 veranschaulichen kollektiv den Betrieb der Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung von 1, 3 zeigt das Hinzufügen von hydraulischem Druck in dem Werkstück, der die nicht unterstützten Abschnitte der Werkstückwände biegt;
4 zeigt den in die erste Wand des Werkstückes vorrückende Stempel, während die abgewinkelte Fläche beginnt, den ersten Butzen zu trennen;
5 zeigt den getrennten ersten Butzen, während er sich in das Innere des Werkstückes bewegt und sich von der abgewinkelten Fläche weg entspannt;
6 zeigt den ersten Butzen und den Stempel, während sie auf die zweite Wand des Werkstückes auftreffen;
7 zeigt den ersten und den zweiten Butzen, die zusammengedrückt werden, während sie sich durch den zusammenlaufenden konischen Abschnitt des Knopfinneren bewegen;
8 zeigt die aufgeweiteten ersten und zweiten Butzen, nachdem sie von der abgewinkelten Fläche durch den Butzenauffangbereich abgestreift worden sind, während das Werkstück hydraulischen Druck verliert; und
9 zeigt den ersten und den zweiten Butzen, die durch den Auswurftrichter aus dem System herausfallen, während sich der Stempel hin- und herbewegt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Fig. durchweg denselben oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform einer Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung 10 gezeigt. Drei Werkzeugabschnitte – ein erster oder oberer Werkzeugabschnitt 14, ein zweiter oder Knopfwerkzeugabschnitt 32 und ein dritter oder unterer Werkzeugabschnitt 12 – bilden einen Werkzeughohlraum 16, in dem ein dünnwandiges Werkstück 18 angeordnet ist.
Ein Fachmann wird erkennen, dass der Werkzeughohlraum 16 beinahe jede Form oder Größe aufweisen kann. Die innere Fläche des Werkzeughohlraumes wirkt als eine Negativform, welche die Form des gewünschten endgültigen Teils aufweist. Es können unzählige verschiedene dünnwandige Ausgangsteile 18 verwendet werden, sofern sie zum Innenhochdruck-Umformen in die gewünschte Form des endgültigen Teils geeignet sind. Wie in dieser Anmeldung verwendet, ist der Ausdruck „Wand” hinreichend weitläufig zu verstehen, dass er selbst zwei Seiten eines zylindrischen Rohres ohne unterschiedliche gegenüberliegende Wände als solche einschließt. Ein Fachmann wird ferner erkennen, dass eine Butzenaufwei tungs- und -auffangvorrichtung innerhalb des Schutzumfanges der Ansprüche nicht exakt orientiert sein muss, wie in den Zeichnungen gezeigt, und Begriffe wie „obere/r/s”, „untere/r/s”, „oberhalb” etc. nur beschreibend für Richtungen in diesen Zeichnungen verwendet werden.
Unter neulicher Bezugnahme auf 1 umfasst der obere Werkzeugabschnitt 14 einen Stempelhohlraum 20, der oberhalb des und allgemein rechtwinklig zu dem Teil oder Werkstück 18 orientiert ist. Der Stempelhohlraum 20 wirkt als ein Gehäuse und eine Führung zur Betätigung eines Stempels 22. Die gewünschten Löcher in dem Werkstück 18 werden erzeugt, wenn der Stempel 22 betätigt wird, um auf eine erste Wand 24 und dann eine zweite Wand 26 des Werkstückes 18 zu treffen und sich durch diese zu bewegen. Der Stempel 22 wird unten stehend in größerem Detail beschrieben.
In dieser Ausführungsform weist der untere Werkzeugabschnitt 12 einen Knopfhohlraum 30 auf, der derart ausgebildet ist, dass er den Knopfwerkzeugabschnitt 32 beherbergt, sodass der Knopfwerkzeugabschnitt 32 fluchtend mit der Oberseite des unteren Werkzeugabschnitts 12 befestigt ist und wirksam einen definierenden Teil des Werkzeughohlraums 16 bildet. Der Knopfwerkzeugabschnitt 32 weist einen inneren Hohlraum, ein Knopfinneres 40, auf, das allgemein rechtwinklig zu dem Werkstück 18 steht. Das Knopfinnere 40 ist unten stehend in größerem Detail beschrieben. Der Stempelhohlraum 20 und das Knopfinnere 40 stellen zusammen einen Querdurchgang bereit, der allgemein rechtwinklig über das Werkstück 18 hinweg verläuft und auf beide Wände 24 und 26 davon trifft. Dieser Querdurchgang definiert den Betriebsweg des Stempels 22. Darüber hinaus definieren die Bereiche, an denen der Querdurchgang das Werkstück 18 schneidet, grob die äußeren Kanten der Löcher, die in dem endgültigen Teil gestanzt werden. Im Allgemeinen, unten stehend in grö ßerem Detail beschrieben, wird der Stempel hydraulisch durch die Wände 24 und 26 gezwungen oder betätigt und erzeugt Löcher, die durch die Querschnittsform des Stempels 22 definiert sind, wenn er das Material stanzt.
2 zeigt einen Abschnitt des Stempels 22 in größerem Detail. Der Stempel 22 umfasst zwei Hauptmerkmale, einen länglichen Körper 34 und eine abgewinkelte Fläche 36. Die abgewinkelte Fläche 36 ist ein abgewinkelter oder konvexer Vorsprung, der sich von dem länglichen Körper 34 nach außen zu dem Werkstück 18 hin erstreckt. Die abgewinkelte Fläche 36 ist derart ausgebildet, dass sie eine Gesamtoberfläche aufweist, die größer ist als die Querschnittsfläche des länglichen Körpers 34. Anders ausgedrückt, wie in den zweidimensionalen Zeichnungen der 1 und 2 zu sehen, ist die Gesamtlänge (d_f, in den Fig. nicht bezeichnet) der Linie, welche die Punkte A, B, C und D verbindet, die die abgewinkelte Fläche 36 darstellen, größer als die Länge der Linie, die den Stempelquerschnitt 28 (d_p) darstellt. Solange d_f größer ist als d_p, wird die abgewinkelte Fläche 36 eine größere Oberfläche aufweisen als die Querschnittsfläche des länglichen Körpers 34. Wie in dieser Anmeldung verwendet, umfassen die Ausdrücke „abgewinkelte Fläche”, „abgewinkelte Schneidfläche” und ähnliche Begriffe viele verschiedene Formen der Stempel- oder Stanzfläche; solange die Fläche derart ausgebildet ist, dass sie das von dem Werkstück 18 abgeschnittene Material aufweitet oder ausdehnt (wie unten stehend in größerem Detail beschrieben wird). Der längliche Körper 34 weist einen Stempelquerschnitt 28 auf, der allgemein der Form und Größe der erwünschten Löcher entspricht – wobei jede Abweichung ihre Ursache in normalen Fertigungseffekten hat, die dem Fachmann bekannt sind. In dieser Ausführungsform ist der Stempel zylindrisch und stanzt ein allgemein rundes Loch, in weiteren Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfanges der Ansprüche könnten allerdings Stempel mit verschiedenen Formen ver wendet werden, die von der spezifischen Anwendung und dem gewünschten Querschnitt des gestanzten Loches abhängig sind.
Der Stempel 22 kann aus jedem beliebigen Material gebildet sein, welches in der Lage ist, das Werkstück 18 wiederholt zu stanzen, wie z. B. ein geeigneter Werkzeugstahl, z. B. M2 58-60 RC; ein Fachmann wird viele weitere Möglichkeiten erkennen. Geeignete innenhochdruck-umformbare und stanzbare Materialien für das Werkstück 18 umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Weichstahl, hochfesten Stahl, Aluminium, Magnesium oder Äquivalente davon. Die Wanddicke des Werkstückes 18 beträgt üblicherweise von 0,5 mm bis 5,0 mm, ein Fachmann wird jedoch ferner weitere betreibbare Dicken für ein innenhochdruck-umformbares und stanzbares Werkstück erkennen.
Die 3–9 veranschaulichen kollektiv den Betrieb der Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung 10, während sie ein erstes Loch 25 in der ersten Wand 24 und dann ein zweites Loch 27 in der zweiten Wand 26 stanzt. 3 zeigt einen Querschnitt der Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung 10 von 1, nachdem ein hydraulischer Formdruck 42 in das Innere des Werkstückes 18 eingeleitet worden ist. Wenn dies stattfindet, weitet sich das Werkstück 18 auf, um mit dem Profil des Werkzeughohlraumes 16 übereinzustimmen. Die meisten Ausführungsformen der Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung werden einen komplexeren Werkzeughohlraum aufweisen als den in der Ausführungsform der 1 und 3–9 gezeigten, aber diese anwendungsspezifischen Details werden für einen geübten Fachmann offensichtlich sein. Wie ein Fachmann erkennen wird, betragen Innenhochdruck-Umformungs-Betriebsdrücke nur 34,47 MPa und bis zu 172,37 MPa. Wie in 3 gezeigt, bewirkt das Einleiten des hydraulischen Formdruckes 42, dass sich Abschnitte der Wände 24 und 26 neben dem Querdurchgang geringfügig in den Stempelhohlraum 20 und das Knopfinnere 40 hinein ausweiten, da die Wände 24 und 26 in diesen Bereichen nicht durch den Werkzeughohlraum unterstützt sind. Der Druck auf den nicht unterstützten Bereichen ist bei der/dem verwendeten speziellen Wanddicke und Drück nicht ausreichend, um passiv Löcher durch die Wände 24 und 26 zu blasen.
4 zeigt die Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung 10, wenn der Stempel 22 beginnt, sich entlang ihres Betriebsweges in das Werkstück 18 hinein zu bewegen. Der Stempel 22 kann durch hydraulischen Druck (nicht gezeigt) oder eine beliebige andere, dem Fachmann bekannte Kraft betätigt werden. Die Kraft, die sich von diesem Druck ableitet, treibt den Stempel 22 nach unten, wie in 4 gezeigt, wo er auf die erste Wand 24 trifft und beginnt, einen lokalen Bereich der Wand gegen die entgegengesetzte Kraft des hydraulischen Formdruckes 42 in den Werkzeughohlraum hinein zu verformen. Diese Verformung erzeugt erste Risspunkte 44 an dem Umfangsverbindungspunkt zwischen dem Material in Kontakt mit der abgewinkelten Fläche 36 und dem Werkzeughohlraum 16. Wenn der Stempel 22 weiter vorrückt, wird ein erster Butzen 46 an den ersten Risspunkten 44 von der ersten Wand 24 getrennt, wobei das erste Loch 25 erzeugt wird. Anfänglich, bei der Trennung, wird der erste Butzen 46 verformt oder gestreckt, um eng mit der Form der abgewinkelten Fläche 36 übereinzustimmen. Diese Verformung führt dazu, dass der Butzen eine aufgeweitete Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen mit der der abgewinkelten Fläche 36 übereinstimmt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5, wenn der Stempel 22 und der erste Butzen 46 hinter die erste Wand 24 des Werkstückes 18 und weiter in den Werkzeughohlraum 16 hinein vorrückt, entspannt sich der erste Butzen 46 geringfügig von der abgewinkelten Fläche 36 weg. In diesem entspannten Zustand behält der erste Butzen 46 eine aufgeweitete Ober fläche bei, die grob jener der abgewinkelten Fläche 36 entspricht, und weist eine Querschnittsfläche in Bezug auf den Stempel 22 auf, die größer ist als jene des Stempelquerschnitts 28 des länglichen Körpers 34. Es sollte angemerkt werden, dass, während der Prozess zu Veranschaulichungszwecken in einzelne Schritte heruntergebrochen ist, der Stempel 22 tatsächlich sehr kraftvoll und schnell, bei Geschwindigkeiten bis zu 10,16 cm pro Sekunde und mehr, durch das Werkstück 18 und den Querdurchgang gedrückt wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 6 und 7 ist die Erzeugung des zweiten Loches 27 und eines zweiten Butzens 50 gezeigt. Wenn der Stempel 22 und der erste Butzen 46 durch das Werkstück 18 fortschreiten, treffen sie als Nächstes auf die zweite Wand 26. Beim Auftreffen bilden sich zweite Risspunkte 48 an dem Umfangsverbindungspunkt zwischen dem Material in Kontakt mit dem ersten Butzen 46 und dem Knopfwerkzeugabschnitt 32. Wenn der Stempel 22 weiter vorrückt, wird der zweite Butzen 50 von der zweiten Wand 26 an den zweiten Risspunkten 48 getrennt. Nach Trennung des zweiten Butzens 50 rücken der Stempel 22, der erste Butzen 46 und der zweite Butzen 50 hinter den Werkzeughohlraum 16 und in das Knopfinnere 40 hinein vor.
In dieser Ausführungsform ist das Knopfinnere 40 durch drei Merkmale definiert: einen zusammenlaufenden konischen Abschnitt 52, einen auseinanderlaufenden konischen Abschnitt 54 und einen Butzenauffangbereich 56. Der zusammenlaufende konische Abschnitt 52 ist ein Teil eines zusammenlaufenden Konus und der auseinanderlaufende konische Abschnitt 54 ist ein Teil eines auseinanderlaufenden Konus. Der Butzenauffangbereich 56 befindet sich an dem Scheitel des zusammenlaufenden und des auseinanderlaufenden konischen Abschnitts 52 und 54 und ist Bereich des Knopfinneren 40 mit dem kleinsten Querschnitt. In einer bei spielhaften Ausführungsform beträgt das Spiel zwischen dem länglichen Körper 34 des Stempels 22 und dem Butzenauffangbereich 56 des Knopfinneren 40 im Wesentlichen 50,8–127 μm, was für ein ausreichendes Laufspiel sorgt, um einen Gleitsitz vorzusehen. Es ist jedoch möglich, dass das Laufspiel zwischen dem länglichen Körper 34 und dem Butzenauffangbereich 56 noch kleiner ist und einen engen Sitz ohne Spiel einschließt.
Im Betrieb, wenn sich die Butzen 46 und 50 von der zweiten Wand 26 weg bewegen, werden sie durch den zusammenlaufenden konischen Abschnitt daran gehindert, sich radial aufzuweiten oder zu entspannen, wie am besten in 7 zusehen. Das Spiel zwischen dem Butzenauffangbereich 56 und dem länglichen Körper 34 ist derart ausgebildet, um zuzulassen, dass zuerst die Butzen 46 und 50 durch den zusammenlaufenden konischen Abschnitt 52 gedrückt werden, und um die Butzen 46 und 50 dann abzustreifen, wenn der Stempel 22 nach oben hinter den Butzenauffangbereich 56 pendelt (wie in den 1–9 zu sehen). Solange die Butzen 46 und 50 in der Lage sind, beim Abwärtshub, aber nicht beim pendelnden Aufwärtshub den Butzenauffangbereich 56 zu durchlaufen, ist das Laufspiel zwischen dem länglichen Körper 34 und dem Butzenauffangbereich 56 ausreichend.
Die 8 und 9 veranschaulichen das Lösen des ersten und des zweiten Butzens 46 und 50 von der Butzenaufweitungs- und -auffangvorrichtung 10. Wenn die abgewinkelte Fläche 36 des Stempels 22 hinter den Butzenauffangbereich 56 vorrückt, sind der erste und der zweite Butzen 46 und 50 nicht mehr durch den zusammenlaufenden konischen Abschnitt 52 eingeengt und sind nun frei, sich von der abgewinkelten Fläche 36 weg aufzuweiten und zu entspannen. Diese Aufweitung führt zu Butzen 46 und 50 mit einer Querschnittsfläche, die größer ist als jene des Butzen auffangbereiches 56. Die Betätigung des Stempels 22 dreht dann die Richtung um und der Stempel 22 beginnt, sich nach oben zu bewegen, wie in den 8 und 9 zu sehen. Wenn die abgewinkelte Fläche 36 des Stempels 22 den Butzenauffangbereich 56 durchläuft, sind der aufgeweitete erste und zweite Butzen 46 und 50 zu breit, um durch den Butzenauffangbereich 56 zurück zu gelangen und werden von der abgewinkelten Fläche 36 abgestreift oder abgeschlagen. An diesem Punkt sind die Butzen 46 und 50 lose und fallen durch einen Auswurftrichter 60. Ein Fachmann wird weitere Verfahren zum Entfernen von Butzen aus der Vorrichtung erkennen, wie z. B., ohne Einschränkung: mechanische Abtragverfahren, hydraulisches Auswerfen der Butzen etc.
Der hydraulische Formdruck 42 geht verloren, nachdem sich der Stempel 22 zurück über den Butzenauffangbereich 56 hinaus zurückzieht (siehe 7 und 8) und die innere Vorrichtung ist nicht mehr druckdicht. Ein Fachmann wird erkennen, dass in Anwendungen, bei denen mehrere Stempel verwendet werden, um mehrere Löcher zu erzeugen, ein Druckverlust in dem System auftreten würde, wenn einer der Stempel hinter seinen Butzenauffangbereich zurückgezogen wird, oder als ein Ergebnis anderer Komponenten innerhalb solch eines Systems. Der Stempel 22 kehrt dann in seine Position innerhalb des Stempelhohlraumes 20 zurück, das (nun fertige) Werkstück 18 wird entfernt, ein neues Teil wird bereitgestellt, und die Vorrichtung wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
Diese Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Stanzen von Löchern in innenhochdruck-umgeformten Teilen vor. Wie durch die 1–9 veranschaulicht, umfasst das Verfahren, dass ein Werkstück 18 innerhalb eines Werkzeugsatzes mit einem Werkzeughohlraum 16 vorgesehen wird. Ein ausreichender hydraulischer Formdruck 42 wird dann auf das Werkstück 18 aufgebracht, sodass sich das Werkstück 18 in dem Werkzeug hohlraum 16 aufweitet, wobei das Werkstück 18 an diesem Punkt beginnt, sich der Form des Werkzeughohlraumes 16 anzupassen. Als Nächstes wird ein Stempel 22 ausreichend durch eine erste Wand 24 des Werkstückes vorgerückt, um ein erstes Loch 25 in der ersten Wand 24 zu stanzen und einen ersten Butzen 46 davon zu erzeugen. Wenn der Stempel 22 durch die erste Wand 24 vorrückt, wird der erste Butzen 46 aufgeweitet und entspannt sich von dem Stempel 22 weg. Der aufgeweitete erste Butzen 46 gelangt durch einen Butzenauffangbereich 56 in dem Werkzeug. Der Butzenauffangbereich 56 weist eine kleinere Querschnittsfläche auf als der aufgeweitete erste Butzen 46, weshalb der aufgeweitete erste Butzen 46 den Butzenauffangbereich 56 nur in der Abwärtsrichtung durchlaufen kann, wie in den 1–9 zu sehen. Der Stempel 22 bewegt sich dann hin und her und zieht sich ausreichend durch den Butzenauffangbereich 56 zurück, um den aufgeweiteten ersten Butzen 46 von dem Stempel 22 abzustreifen.

Claims

Vorrichtung (10) zum Stanzen eines Loches (25, 27) in einem Werkstück (18), das für Innenhochdruck-Umformungsanwendungen geeignet ist, umfassend: einen ersten Werkzeugabschnitt (14) mit einem ersten Stempelhohlraumabschnitt (20); einen zweiten Werkzeugabschnitt (32) mit einem zweiten Stempelhohlraumabschnitt; wobei der erste und der zweite Werkzeugabschnitt (14, 32) einen Werkzeughohlraum (16) definieren, der derart ausgebildet ist, um das Werkstück (18) aufzunehmen, und der erste und der zweite Stempelhohlraumabschnitt (20) den Werkzeughohlraum (16) schneiden; wobei der zweite Stempelhohlraumabschnitt einen Butzenauffangbereich (56) umfasst, der koaxial mit dem ersten Stempelhohlraumabschnitt (20) ist; einen Stempel (22) mit einer abgewinkelten Schneidfläche (36), der derart ausgebildet ist, dass er sich innerhalb eines Querdurchganges bewegt, der durch den ersten Stempelhohlraumabschnitt (20) und den Butzenauffangbereich (56) des zweiten Stempelhohlraumabschnitts definiert ist; wobei der Stempel (22) einen Querschnitt rechtwinklig zu dem Querdurchgang aufweist und die abgewinkelte Schneidfläche (36) des Stempels (22) eine Oberfläche aufweist, die größer ist als der Querschnitt (28) des Stempels (22); und wobei der Butzenauffangbereich (56) mit einer Querschnittsfläche ausgebildet ist, die kleiner ist als die Oberfläche der abgewinkelten Schneidfläche (36).
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen dritten Werkzeugabschnitt (12) mit einem Knopfhohlraum (30), wobei der zweite Werkzeugabschnitt (32) ein Knopf ist, der fluchtend innerhalb des Knopfhohlraumes (30) des dritten Werkzeugabschnitts (12) befestigt ist, wobei der Butzenauffangbereich (56) durch einen inneren Hohlraum des Knopfes definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der innere Hohlraum des Knopfes ferner definiert ist durch: einen zusammenlaufenden konischen Abschnitt (52) neben dem Werkstück (18), der einen zusammenlaufenden, im Wesentlichen konischen Hohlraum definiert; und einen auseinanderlaufenden konischen Abschnitt (54) gegenüber dem Werkstück (18), der einen auseinanderlaufenden, im Wesentlichen konischen Hohlraum definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Butzenauffangbereich (56) als der Scheitel des zusammenlaufenden konischen Abschnitts (52) und des auseinanderlaufenden konischen Abschnitts (54) definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Hydraulikdruckquelle, die derart ausgebildet ist, dass sie einen hydraulischen Druck innerhalb des Werkstückes (18) innerhalb des Werkzeughohlraumes (16) bereitstellt, wobei der bereitgestellte hydraulische Druck ausreicht, um das Werkstück (18) nach außen zu strecken, sodass es sich der Fläche des Werkzeughohlraumes (16) anpasst, jedoch nicht ausreicht, um eine Wand (24, 26) des Werkstückes (18) in den ersten oder den zweiten Stempelhohlraumabschnitt (20) zu reißen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stempel (22) zurückziehbar ist und die Ausgestaltung des Butzenauffangbereiches (56) ausreicht, um einen Butzen (46, 50) einzufangen, wenn sich der Stempel (22) zurückzieht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die abgewinkelte Schneidfläche (36) des Stempels (22) ein konvexer Vorsprung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Werkstück (18) in dem Werkzeughohlraum (16) zum Stanzen eines Loches (25, 27), um einen Butzen (46, 50) zu erzeugen; und wobei die abgewinkelte Schneidfläche (36) ausreichend ausgebildet ist, um den Butzen (46, 50) zu strecken, wenn sich der Stempel (22) innerhalb des Querdurchganges bewegt.
Vorrichtung zum Stanzen eines Loches (25, 27) in einem Werkstück (18), das für eine Innenhochdruck-Umformungsanwendung geeignet ist, umfassend: einen Stempel (22) mit einem länglichen Körper (34) mit einem betätigbaren Ende und einem Stanzende an gegenüberliegenden Enden davon; wobei das Stanzende eine abgewinkelte Schneidfläche (36) aufweist; und wobei die abgewinkelte Schneidfläche (36) eine Oberfläche aufweist, die größer ist als die Querschnittsfläche (28) des länglichen Körpers (34).
Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen Knopf (32) mit einem inneren Hohlraum, der derart ausgebildet ist, dass er einen längsweisen Durchgang des Stempels (22) zulässt; wobei der innere Hohlraum einen zusammenlaufenden konischen Abschnitt (52) und einen auseinanderlaufenden konischen Abschnitt (54) aufweist, wobei der zusammenlaufende konische Abschnitt (52) enger benachbart zu dem Stempel (22) ist; und wobei der längliche Körper (34) und der innere Hohlraum mit einem Laufspiel ausgebildet sind, sodass der Abschnitt des durch das Stanzende des Stempels (22) gestanzten Werkstückes (18) nur in einer Richtung durch den inneren Hohlraum des Knopfes (32) gelangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Laufspiel als ein Gleitsitz gekennzeichnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Laufspiel kleiner oder gleich 127 μm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die abgewinkelte Schneidfläche (36) ein konvexer Vorsprung ist.
Verfahren zum Stanzen eines Loches (25, 27) mit einem Stempel (22) in einem Werkstück (18), das innenhochdruck-umgeformt wird, umfassend, dass: das Werkstück (18) in einem Werkzeug (10) mit einem Werkzeughohlraum (16) positioniert wird, wobei der Werkzeughohlraum (16) derart ausgebildet ist, um das Werkstück (18) aufzunehmen; ein ausreichender Druck auf das Werkstück (18) aufgebracht wird, sodass sich das Werkstück (18) in dem Werkzeughohlraum (16) gegen das Werkzeug (10) aufweitet; der Stempel (22) ausreichend durch eine erste Wand (24) des Werkstückes (18) vorgerückt wird, um ein erstes Loch (25) in der ersten Wand (24) zu stanzen und einen ersten Butzen (46) davon zu erzeugen; der erste Butzen (46) aufgeweitet wird, wenn der Stempel (22) durch die erste Wand (24) vorrückt, um dadurch einen aufgeweiteten ersten Butzen (46) zu bilden; der aufgeweitete erste Butzen (46) durch einen Butzenauffangbereich (56) in dem Werkzeug (10) geführt wird, der eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der aufgeweitete erste Butzen (46); und der Stempel (22) ausreichend durch den Butzenauffangbereich (56) zurückgezogen wird, um den aufgeweiteten ersten Butzen (46) von dem Stempel (22) abzustreifen.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend, dass: bevor der aufgeweitete erste Butzen (46) durch den Butzenauffangbereich (56) geführt wird, der Stempel (22) und der aufgeweitete erste Butzen (46) ausreichend durch eine zweite Wand (26) des Werkstückes (18) vorrücken, um ein zweites Loch (27) in der zweiten Wand (26) zu stanzen, um einen zweiten Butzen (50) aus der zweiten Wand (26) zu erzeugen und aufzuweiten und dadurch einen aufgeweiteten zweiten Butzen (50) zu bilden; der aufgeweitete erste Butzen (46) und der aufgeweitete zweite Butzen (50) durch den Butzenauffangbereich (56) geführt werden; und der Stempel (22) ausreichend durch den Butzenauffangbereich (56) zurückgezogen wird, um den aufgeweiteten ersten Butzen (46) und den aufgeweiteten zweiten Butzen (50) von dem Stempel (22) abzustreifen.