DE102013110855A1 - Forming device for incremental sheet metal forming - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Umformen eines Blechteils (12), mit einer Halteeinrichtung (14) zum randseitigen Einspannen eines Bereichs (16) des Blechteils (12) und mit mindestens einer bezüglich der Halteeinrichtung (14) verfahrbaren Werkzeugeinheit (24), die ein dornartiges Umformwerkzeug (26) zur lokalen inkrementellen Umformung des Blechteils (12) innerhalb des Bereichs (16) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Werkzeugeinheit (24) weiterhin eine Niederhalteeinrichtung (28) zum Niederhalten mindestens einer sich bei dem Umformen in der Umgebung des Umformwerkzeugs (26) befindlichen Region des Blechteils (12) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Werkzeugeinheit (24) für eine Umformvorrichtung (10) und ein entsprechendes Umformverfahren.The invention relates to a forming device (10) for producing a component by incremental forming of a sheet metal part (12), comprising a holding device (14) for marginal clamping of a region (16) of the sheet metal part (12) and at least one relative to the holding device (14). movable tool unit (24) having a mandrel-like forming tool (26) for locally incremental deformation of the sheet metal part (12) within the region (16). It is provided that the at least one tool unit (24) further comprises a hold-down device (28) for holding down at least one region of the sheet-metal part (12) located in the vicinity of the forming tool (26) during the forming. The invention further relates to a corresponding tool unit (24) for a forming device (10) and a corresponding forming method.
Description
Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Umformen eines Blechteils, mit einer Halteeinrichtung zum randseitigen Einspannen eines Bereichs des Blechteils und mit mindestens einer bezüglich der Halteeinrichtung verfahrbaren Werkzeugeinheit, die ein dornartiges Umformwerkzeug zur lokalen inkrementellen Umformung des Blechteils innerhalb des Bereichs aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkzeugeinheit mit entsprechendem dornartigem Umformwerkzeug für eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Umformverfahren.The invention relates to a forming device for producing a component by incremental forming of a sheet metal part, with a holding device for marginal clamping a portion of the sheet metal part and at least one with respect to the holding device movable tool unit having a mandrel-like forming tool for local incremental deformation of the sheet metal part within the range. The invention further relates to a tool unit with a corresponding mandrel-like forming tool for such a device and a corresponding forming method.
Eine derartige Umformvorrichtung und eine derartige Werkzeugeinheit sind beispielsweise aus der Druckschrift
Bei der Umformvorrichtung zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Umformen eines Blechteils wird auf eine bauteilspezifische Werkzeuggeometrie zugunsten einer bezüglich mehrerer Achsen verfahrbaren Werkzeugeinheit mit universeller Werkzeuggeometrie verzichtet. Die gewünschte Geometrie des herzustellenden Bauteils wird bei einem Umformen mit Hilfe dieser Umformvorrichtung inkrementell mittels des dornartigen Umformwerkzeugs erstellt. Bei dem inkrementellen Blechumformen wird die dreidimensionale Teilegeometrie quasi direkt aus den CAD-Daten (CAD: Computer-Aided Design – rechnerunterstütztes Konstruieren) ins Blech übertragen. Mit anderen Worten ersetzt die Kinematik der Werkzeugeinheit die bei anderen Umformverfahren nötige bauteilspezifische Werkzeuggeometrie, durch die das entsprechende Werkzeug in seiner Anwendung auf das konkrete Bauteil beschränkt ist. Mit Hilfe der inkrementellen Blechumformung lassen sich somit individuelle Bauteile kostengünstig als Prototypen und/oder in Kleinserien herstellen, ohne dass hohe Kosten für eine entsprechende Anzahl von speziellen Werkzeugen entstehen.In the forming device for producing a component by incremental forming of a sheet metal part is dispensed with a component-specific tool geometry in favor of a multi-axis movable tool unit with universal tool geometry. The desired geometry of the component to be produced is created incrementally by means of the mandrel-like forming tool during forming by means of this shaping device. In incremental sheet metal forming, the three-dimensional part geometry is transferred almost directly from the CAD data (CAD: computer-aided design) into the sheet metal. In other words, the kinematics of the tool unit replaces the component-specific tool geometry required in other forming methods, by which the corresponding tool is limited in its application to the specific component. With the help of incremental sheet metal forming, individual components can thus be inexpensively produced as prototypes and / or in small batches without incurring high costs for a corresponding number of special tools.
Bedingt durch die geringe Kontaktzone des eingesetzten Umformwerkzeugs können während der Bearbeitungen ungewollte (sekundäre) Formänderungen des Blechteils außerhalb des direkten Kontaktbereichs zwischen Umformwerkzeug und Blechteil entstehen. Diese ungewollten Formänderungen müssen in einem nachgeschalteten Arbeitsschritt beseitigt werden. Derartige ungewollte Formänderungen treten insbesondere bei der randseitigen Umformung beziehungsweise beim Abkanten und Kragenziehen auf. Sie stellen Abweichungen zur Sollgeometrie dar, welche gegebenenfalls durch einen nachgeschalteten Arbeitsschritt gar nicht mehr korrigiert werden können.Due to the small contact zone of the forming tool used during processing unwanted (secondary) changes in shape of the sheet metal part outside the direct contact area between the forming tool and sheet metal part arise. These unwanted changes in shape must be eliminated in a subsequent step. Such unwanted changes in shape occur, in particular, during the reshaping or when folding and collaring. They represent deviations from the target geometry, which can not possibly be corrected by a subsequent work step.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umformvorrichtung für ein effektiveres inkrementelles Umformen eines Blechteils, eine entsprechende Werkzeugeinheit für eine solche Umformvorrichtung und ein entsprechendes effektives Umformverfahren anzugeben.Object of the present invention is to provide a forming device for a more effective incremental forming of a sheet metal part, a corresponding tool unit for such a forming device and a corresponding effective forming process.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung zur inkrementellen Blechumformung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Werkzeugeinheit der Umformvorrichtung weiterhin eine Niederhalteeinrichtung zum Niederhalten mindestens einer sich bei dem Umformen in der Umgebung ihres Umformwerkzeugs befindlichen Region des Blechteils aufweist. Mittels einer solchen Umformvorrichtung mit Niederhalteeinrichtung können ungewollte (sekundäre) Formänderungen beim inkrementellen Umformen des Blechteils vermieden oder zumindest stark reduziert werden.In the case of the inventive forming apparatus for incremental sheet metal forming, it is provided that the at least one tool unit of the forming apparatus further comprises a hold-down device for holding down at least one region of the sheet metal part located in the vicinity of its forming tool during the forming process. By means of such a forming device with hold-down device unwanted (secondary) changes in shape during the incremental forming of the sheet metal part can be avoided or at least greatly reduced.
Die ungewollten Formänderungen beim Umformen des Blechteils entstehen zum einen durch ein Aufwölben des Bleches in der unmittelbaren Umgebung des Umformwerkzeugs. Unter bestimmten Umständen können sich die ungewollten Formänderungen jedoch auch in der weiteren Umgebung des Umformortes ergeben. Wird das Blechteil beispielsweise über eine Kante umgeformt, so ist das dornartige Umformwerkzeug auf einer Seite der Kante in Eingriff. Auf der anderen Seite der Kante fehlt eine entsprechende Gegenkraft und das Blechteil wölbt sich. Die Aufwölbung kann durchaus in größerer Entfernung vom Umformort auftreten. Die Niederhalteeinrichtung drückt in diesem Falle das Blechteil auf die nicht im Kontakt mit dem Umformwerkzeug stehende Seite der Kante und liefert so die Gegenkraft, die eine Aufwölben verhindert. Die Kante wird dabei beispielsweise von einem Element der Halteeinrichtung gebildet.The unwanted changes in shape during forming of the sheet metal part arise on the one hand by a bulging of the sheet in the immediate vicinity of the forming tool. Under certain circumstances, however, the unwanted changes in shape may also result in the wider environment of the Umformortes. If the sheet metal part is formed over an edge, for example, then the mandrel-like forming tool is engaged on one side of the edge. On the other side of the edge lacks a corresponding counterforce and the sheet metal part bulges. The bulge may well occur at a greater distance from the Umformort. The hold-down device presses in this case, the sheet metal part on the not in contact with the forming tool side of the edge and thus provides the counterforce that prevents buckling. The edge is formed, for example, by an element of the holding device.
Um die Prozessflexibilität des Umformprozesses nicht unnötig einzuschränken ist es jedoch wichtig, dass auch zur Unterdrückung der ungewollten Formänderungen keine bauteilspezifischen Werkzeuge eingesetzt werden. Daher ergänzt die Niederhalteeinrichtung das Umformwerkzeug innerhalb der Werkzeugeinheit und ist somit in der Umgebung des Umformwerkzeugs angeordnet.However, in order not to unnecessarily limit the process flexibility of the forming process, it is important that no component-specific tools are used to suppress the unwanted changes in shape. Therefore, the hold-down device complements the forming tool within the tool unit and is thus arranged in the vicinity of the forming tool.
Ein der Niederhalteeinrichtung ähnliches Werkzeug ist für Tiefziehvorrichtungen bekannt und wird dort als Niederhalter bezeichnet. Im Gegensatz zu der bauteilspezifische Werkzeuggeometrie der Werkzeuge für Tiefziehvorrichtungen hat jedoch sowohl das Umformwerkzeug als auch die Niederhalteeinrichtung der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Blechumformen eine bauteilunabhängige Werkzeuggeometrie. One of the hold-down device similar tool is known for thermoforming devices and is referred to there as hold-down. In contrast to the component-specific tool geometry of the tools for thermoforming devices, however, both the forming tool and the hold-down device of the forming device according to the invention for producing a component by incremental sheet metal forming a component-independent tool geometry.
Die erfindungsgemäße Umformvorrichtung zur inkrementellen Blechumformung mit der Niederhalteeinrichtung hat den Vorteil, dass ungewollte Formänderungen in der Umgebung des Umformwerkzeugs unterdrückt werden, sodass diese nicht in zusätzlichen Arbeitsschritten mittels des Umformwerkzeugs selbst beseitigt werden müssen. Dadurch wird ein effektiveres inkrementelles Umformen des Blechteils mit erhöhter Geometriegenauigkeit erreicht.The forming device according to the invention for incremental sheet metal forming with the hold-down device has the advantage that unwanted changes in shape in the environment of the forming tool are suppressed, so that they do not have to be eliminated in additional steps by means of the forming tool itself. As a result, a more effective incremental forming of the sheet metal part is achieved with increased geometrical inaccuracy.
Bei der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung ist insbesondere vorgesehen, dass die Niederhalteeinrichtung entlang der Längsachse des dornartigen Umformwerkzeugs linear verschiebbar gelagert ist. Die Niederhalteeinrichtung ist somit eine adaptive Niederhalteeinrichtung. Dabei kann die Bewegungssteuerung der Niederhalteeinrichtung ge- oder entkoppelt zum Umformwerkzeug ausgelegt sein. Die Wirkrichtung der Niederhalteeinrichtung ist mit dem Werkzeug gleichgerichtet und die Kraftübertragung kann entweder positions- oder kraftgesteuert sein.In the forming device according to the invention, provision is made in particular for the hold-down device to be mounted linearly displaceable along the longitudinal axis of the mandrel-like forming tool. The hold-down device is thus an adaptive hold-down device. In this case, the motion control of the hold-down device can be designed to be coupled or decoupled to the forming tool. The effective direction of the hold-down device is rectified with the tool and the power transmission can be either position or force controlled.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Niederhalteeinrichtung das dornartige Umformwerkzeug in zumindest einem Umfangsbereich umfänglich umgibt. Vorzugsweise umgibt die Niederhalteeinrichtung das dornartige Umformwerkzeug vollumfänglich. Dazu ist die Niederhalteeinrichtung beispielsweise hülsenartig ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the hold-down device circumferentially surrounds the mandrel-like forming tool in at least one peripheral region. Preferably, the hold-down device surrounds the mandrel-like forming tool in full. For this purpose, the hold-down device is designed, for example, like a sleeve.
Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Halteeinrichtung den von ihr eingespannten Bereich des Blechteils in einer Einspannebene oder auf einem Unterwerkzeug hält. Die Halteeinrichtung ist bevorzugt rahmenartig ausgestaltet. Die Einspannebene ergibt sich dabei durch die vom Rahmen (Einspannrahmen) aufgespannte Rahmenebene der Halteeinrichtung.It is advantageously provided that the holding device holds the area of the sheet metal part clamped by it in a clamping plane or on a lower tool. The holding device is preferably designed like a frame. The clamping level results from the frame (clamping frame) spanned frame plane of the holding device.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umformvorrichtung weiterhin eine Gegenhalteeinrichtung aufweist, die auf der der Werkzeugeinheit gegenüberliegenden Seite der Einspannebene beziehungsweise des eingespannten Blechteils angeordnet ist. Die zuvor erwähnte Kante, über die das Blechteil umgeformt werden kann, kann alternativ auch von einem Element der Gegenhalteeinrichtung gebildet werden.According to yet another preferred embodiment of the invention it is provided that the forming device further comprises a counter-holding device which is arranged on the opposite side of the tool unit of the clamping plane or the clamped sheet metal part. The above-mentioned edge, over which the sheet metal part can be formed, can alternatively also be formed by an element of the counter-holding device.
Die Gegenhalteeinrichtung weist bevorzugt ebenfalls eine Bauteilunabhängige Geometrie auf. Die Einspannebene ergibt sich dabei durch eine vom Rahmen und der Gegenhalteeinrichtung definierte Ebene. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Gegenhalteeinrichtung parallel zu der Rahmenebene verfahrbar ist.The counter-holding device preferably also has a component-independent geometry. The clamping level results from a plane defined by the frame and the counter-holding device. In particular, it is provided that the counter-holding device is movable parallel to the frame plane.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gegenhalteeinrichtung bezüglich der Halteeinrichtung starr angeordnet ist oder nur senkrecht zur Einspannebene verfahrbar ist. Dabei ist die Gegenhalteeinrichtung insbesondere als Patrize ausgebildet.According to an alternative embodiment of the invention it is provided that the counter-holding device is arranged rigidly with respect to the holding device or can only be moved perpendicularly to the clamping plane. In this case, the counter-holding device is designed in particular as a male.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkzeugeinheit mindestens eine Antriebseinrichtung zum Verfahren der Werkzeugeinheit und/oder zum verschieben der Niederhalteeinrichtung bezüglich des dornartigen Umformwerkzeugs aufweist. Die mindestens eine Antriebseinrichtung oder zumindest eine der Antriebseinrichtungen ist vorzugsweise eine pneumatische Antriebseinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine elektrische Antriebseinrichtung und/oder eine elektromechanische Antriebseinrichtung und/oder eine hydraulische Antriebseinrichtung vorgesehen sein.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the tool unit has at least one drive device for moving the tool unit and / or for displacing the hold-down device with respect to the mandrel-like forming tool. The at least one drive device or at least one of the drive devices is preferably a pneumatic drive device. Alternatively or additionally, it is also possible to provide an electric drive device and / or an electromechanical drive device and / or a hydraulic drive device.
Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit für eine Umformvorrichtung zum inkrementellen Umformen eines Blechteils, mittels eines dornartigen Umformwerkzeuges ist vorgesehen, dass die Werkzeugeinheit weiterhin eine Niederhalteeinrichtung zum Niederhalten mindestens einer sich bei dem Umformen in der Umgebung des Umformwerkzeugs befindlichen Region des Blechteils aufweist. Die Umformvorrichtung ist vorzugsweise eine vorstehend genannte Umformvorrichtung zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Umformen eines Blechteils.In the case of the tool unit according to the invention for a forming device for the incremental forming of a sheet metal part, by means of a mandrel-like forming tool, it is provided that the tool unit further has a hold-down device for holding down at least one region of the sheet metal part located in the vicinity of the forming tool during the forming. The forming device is preferably an aforementioned forming device for producing a component by incremental forming of a sheet metal part.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit ist vorgesehen, dass die Niederhalteeinrichtung entlang der Längsachse des dornartigen Umformwerkzeugs linear verschiebbar gelagert ist. Die Niederhalteeinrichtung ist somit eine adaptive Niederhalteeinrichtung.According to a preferred embodiment of the tool unit according to the invention it is provided that the hold-down device is mounted linearly displaceable along the longitudinal axis of the mandrel-like forming tool. The hold-down device is thus an adaptive hold-down device.
Bei dem erfindungsgemäßen Umformverfahren zur Herstellung eines Bauteils durch inkrementelles Umformen eines Blechteils ist eine Halteeinrichtung zum randseitigen Einspannen eines Bereichs des Blechteils und mindestens eine bezüglich der Halteeinrichtung verfahrbaren Werkzeugeinheit vorgesehen, die ein dornartiges Umformwerkzeug aufweist, wobei das Blechteil mittels des Umformwerkzeugs innerhalb des Bereichs lokal inkrementell umgeformt wird. Die mindestens eine Werkzeugeinheit weist weiterhin eine Niederhalteeinrichtung auf, mittels der mindestens eine sich bei dem Umformen in der Umgebung des Umformwerkzeugs befindliche Region des Blechteils niedergehalten wird. Dadurch werden ungewollte sekundäre Verformungen vermieden oder zumindest reduziert.In the forming method according to the invention for producing a component by incrementally forming a sheet metal part, a holding device is provided for marginally clamping a region of the sheet metal part and at least one tool unit movable with respect to the holding device, which has a mandrel-like forming tool, wherein the sheet metal part by means of Forming tool within the area is locally incrementally reshaped. The at least one tool unit furthermore has a hold-down device, by means of which at least one region of the sheet metal part located in the surroundings of the forming tool during forming is held down. As a result, unwanted secondary deformations are avoided or at least reduced.
Die Umformung erfolgt mit Hilfe des universell nutzbaren Umformwerkzeugs, das während der Formgebung so verfährt, dass durch inkrementelle Umformung nach und nach das gewünschte Bauteil entsteht. Der Pfad des Umformwerkzeuges besteht dabei zumeist aus einer Folge einzelner Höhenlinien, zwischen denen eine Zustellbewegung erfolgt. Entweder wird kein Gegenwerkzeug (»Innen”-Umformung), ein Gegenwerkzeug in Form einer Teilpatrize oder Vollpatrize („Außen”-Umformung) oder ein zweites Umformwerkzeug („Roboforming') eingesetzt.Forming takes place with the aid of the universally usable forming tool, which moves during shaping so that the desired component is gradually formed by incremental forming. The path of the forming tool consists mostly of a sequence of individual contour lines, between which a delivery movement takes place. Either no counter-tool ("inside" reshaping), a counter-tool in the form of a partial male or full male ("external" reshaping) or a second reshaping tool ("roboforming") is used.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt dieAn embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to drawings. In it shows the
In
Zum eigentlichen Umformen weist die Umformvorrichtung
Die
Schließlich zeigt die
Es ergibt sich die folgende Funktion: Bei dem Umformvorgang zur Herstellung eines (Blech-)Bauteils durch inkrementelles Umformen des Blechteils
Kern der Erfindung ist mit anderen Worten ein das primär formgebende Umformwerkzeug
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Umformvorrichtung zur inkrementellen BlechumformungForming device for incremental sheet metal forming
- 1212
- Blechteilsheet metal part
- 1414
- Halteeinrichtungholder
- 1616
- BereichArea
- 1818
- EinspannebeneClamping plane
- 2020
- Ebenelevel
- 2222
- Seite, eineSide, one
- 2424
- Werkzeugeinheittool unit
- 2626
- Umformwerkzeugforming tool
- 2828
- NiederhalteeinrichtungHold-down device
- 3030
- Längsachselongitudinal axis
- 3232
- Ende, freiesEnd, free
- 3434
- Seite, gegenüberliegendSide, opposite
- 3636
- GegenhalteeinrichtungBackup device
- 3838
- Werkzeugeinheit, weitereTool unit, more
- 4040
- Spannelement, erstesClamping element, first
- 4242
- Spannelement, zweitesClamping element, second
- 4444
- Kanteedge
- 4646
- Basiskörper (Werkzeugeinheit)Base body (tool unit)
- 4848
- Pneumatikzylinderpneumatic cylinder
- 5050
- Doppelpfeiledouble arrows
- 5252
- Doppelpfeiledouble arrows
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006002146 A1 [0002] DE 102006002146 A1 [0002]
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Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |