DE102015108768A1

DE102015108768A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzielung von großen Kragenlängen

Info

Publication number: DE102015108768A1
Application number: DE102015108768.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flehmig
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-12-08
Also published as: US20160354824A1; US10265751B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück. Die Aufgabe ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück zur Verfügung zu stellen, wobei große Kragenlängen bei guter Qualität, insbesondere mit einer homogenen Wanddickenverteilung und hoher Belastungsfähigkeit, auf einfache Weise auch bei hochfesten Materialien, beispielsweise Stählen erreicht werden können, wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Verfahren die Schritte umfasst: Ziehen des Werkstücks, sodass das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist und der Zargenbereich einen Teil des Kragens bildet; Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehbodens, sodass sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt; Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs, sodass der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich einen Teil des Kragens bildet; und zumindest bereichsweises Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück.
Kragen oder Hälse werden an Werkstücken, wie etwa Platinen oder anderen Fertigteilen, zu unterschiedlichen Zwecken benötigt, beispielsweise als Führungsträger, Laufbuchse, Versteifungsträger oder Gewindeträger. Der hierzu notwendige Kragen wird beispielsweise mittels eines Umformverfahrens, dem sogenannten Kragenziehen oder Aushalsen, an dem Werkstück hergestellt.
Sofern eine exakte Form des Kragens, etwa dessen Länge oder dessen Durchmesser, von Bedeutung ist, kann beispielsweise zunächst eine Lochung des Werkstücks vorgenommen werden. Anschließend kann mittels eines teilweise kegeligen, spitzen oder abgerundeten Kragenstempels ein Weiten des zuvor erzeugten Lochs erfolgen, wobei sich in der Regel senkrecht zum Werkstück ein Kragen ausbildet. Das Maß der Aufweitung kann dabei von der zu erreichenden Kragenlänge und/oder der zu erzielenden Größe der Aufweitung abhängig gemacht werden.
Für den Fall, dass die Kragenlänge und/oder die Ränder des Kragens keinen besonderen Qualitätsansprüchen genügen müssen, ist es alternativ bekannt, ohne vorherige Lochung des Werkstücks eine Ausformung des Kragens durchzuführen, etwa mittels Flowdrill oder Durchdrücken. Im Fall des Flowdrills ist es möglich, die Länge des Kragens aufgrund einer lokalen Massivumformung und des damit erhöhten Materialvorrats und einer inkrementellen Umformung zu vergrößern, worunter jedoch teilweise die Formtreue und Präzision der Aushalsung leidet.
Allerdings ist bei der Herstellung des Kragens ohne lokale Massivumformung zu beachten, dass das Weiten von Material für den jeweiligen Werkstoff eine erhebliche Belastung darstellt, da insbesondere die Kantenbereiche extrem gedehnt werden. Wird die Dehnungsfähigkeit des Materials dabei überschritten, kommt es lokal entweder zu grenzwertigen Dehnungen mit herabgesetzten Einsatzmöglichkeiten oder zu Materialversagen und der Werkstoff reißt im Bereich des Kragens auf oder ein.
Somit ist das Lochaufweitungsvermögen nicht nur von der anfänglichen oder zu erzielenden Lochabmessung, sondern auch vom Material selbst abhängig, was der erzielbaren Kragengröße und/oder Kragenlänge Grenzen setzt. So besitzen etwa weiche, tiefziehfähige Stähle ein gutes Lochaufweitungsvermögen. Entsprechend ist das Lochaufweitungsvermögen bei hochfesten Stählen geringer, sodass als Folge insbesondere die mit diesen Werkstoffen erzielbare Kragenlänge stark eingeschränkt sein kann.
Um jedoch dennoch die erzielbare Kragenlänge zu vergrößern, ist beispielsweise aus der Druckschrift US 1,613,961 bekannt, zur Vermeidung von Rissen bei der Herstellung von Aushalsungen zunächst ein Loch oder eine Öffnung in ein ebenes Blech zu formen. Anschließend wird das Blech in ein Werkzeug eingelegt und die Öffnung des gelochten, ebenen Blechs mittels eines kegeligen Stempels geweitet und ein Kragen ausgeformt. Dabei soll das Material um das Loch herum ausreichend sein, um den Kragen der gewünschten Länge auszuformen.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 029 124 A1 ist ebenfalls eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushalsen von Blechen unter Benutzung eines Stempels und eines Gegenhalters bekannt, wobei die Ausformhöhe des Aushalskragens prozesssicher erreicht werden soll. Dabei wird ein ebenes, mit einem Loch versehenes Blech in eine Vorrichtung eingelegt und dort mittels eines Stempels und eines Gesenks ein Kragen ausgeformt. Eine Verbesserung der Prozesssicherheit soll dadurch erreicht werden, dass ein Gegenhalter gelenkig ausgebildet wird, um besser am Blech anliegen zu können.
Allerdings ermöglichen diese Ansätze die Ausformung von Kragen, insbesondere in Hinblick auf deren Länge, entweder nicht in zufriedenstellendem Maße oder die Umsetzung ist vergleichsweise aufwendig, beispielsweise durch die Implementierung von Hydroformen. Daher besteht weiterhin der Bedarf, vergrößerte Kragenlängen auch bei hochfesten und anderen Metallen bzw. hochfesten Stählen zu ermöglichen, ohne jedoch auf aufwendigere Verfahren wie etwa Hydroformen ausweichen zu müssen.
Es ist denkbar, zunächst einen Tiefziehvorgang, einen sich anschließenden Lochvorgang und eine sich anschließende Aufweitung in einem Kombinationswerkzeug vorzusehen. Problematisch ist jedoch, dass zur Lochung notwendige scharfe Schneidkanten bei beispielsweise einem Kombinationsstempel während des Tiefziehens starke Einkerbungen am Material hervorrufen können, die die Qualität der späteren Kragenwandung herabsetzen oder die notwendige Ziehtiefe nicht erreichen lassen.
Denkbar wäre ebenfalls, einen abgerundeten Boden des Ziehstempels vorzusehen. Dies würde jedoch dazu führen, dass weniger Material aus dem Flanschbereich in den Zargenbereich fließen könnte, was die Zieh- und Kragentiefe reduzieren würde.
Insbesondere im Falle eines ungünstigen Ziehverhältnisses, beispielsweise wenn der ursprüngliche Werkstückdurchmesser bzw. der Flanschbereich groß im Vergleich zum Durchmesser des tiefgezogenen Bereichs ist, besteht weiterhin das Bedürfnis die erreichbare Kragenlang zu vergrößern, ohne dass der Bodenbereich ausdünnt und es zu Bodenreißern kommt.
Denkbar wäre in dieser Hinsicht, dass in dem Werkstück zusätzliche Materialreserven geschaffen werden, um während des Tiefziehens mehr Material in den Zargenbereich hineinzuziehen, was zwar die Kragenlänge vergrößern könnte.
Problematisch an den vorherigen Ansätzen ist jedoch, dass der Kragen durch die kombinierten Umformvorgänge keine homogene Werkstückdickenverteilung besitzt, da der Kragen an unterschiedlichen Stellen ausgedünnte Bereiche aufweist, beispielsweise im Bereich der Materialreserven im Bereich der Lochung und im Bereich der aufgeweiteten Lochung.
Da jedoch wie eingangs beschrieben die Kragen beispielsweise als Laufbuchsen für die Aufnahme von beweglichen Achsen oder Wellen dienen, besitzen diese durch die inhomogene Blechdickenverteilung stark reduzierte Anlageflächen und können demzufolge nicht funktionsgerecht wirken. Vielmehr würde man passungsähnliche Verhältnisse benötigen. Ebenfalls kann die Inhomogenität der Dickenverteilung des Werkstücks dazu führen, dass unterschiedliche Kragenlängen entstehen. Dies erfordert wiederum nachgeschaltete Beschnitte.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück zur Verfügung zu stellen, wobei große Kragenlängen bei guter Qualität, insbesondere mit einer homogenen Wanddickenverteilung und hoher Festigkeit, auf einfache Weise auch bei hochfesten Metallen, beispielsweise hochfesten Stählen erreicht werden können.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Verfahren die Schritte umfasst:

– Ziehen des Werkstücks, sodass das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist und der Zargenbereich einen Teil des Kragens bildet;
– Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehbodens, sodass sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt;
– Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs, sodass der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich einen Teil des Kragens bildet;
– zumindest bereichsweises Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens.

Es hat sich zum einen gezeigt, dass es beim Auskragen oder Aushalsen vorteilhaft ist, den durch mindestens einen Ziehvorgang erzeugten Zargenbereich in Kombination mit einem geweiteten Ziehbodenteilbereich dazu zu verwenden, bei Bedarf längere und präzise Kragen auszuformen, da sowohl der Zargenbereich als auch der geweitete Ziehbodenteilbereich zumindest einen Teil des Kragens bilden. Beispielsweise umfasst der Kragen den gesamten Zargenbereich und den gesamten geweiteten Ziehbodenteilbereich. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Verfahren einfach in bestehende pressengestützte Verfahrensschritte implementiert werden kann, da insbesondere das Ziehen und das Aufweiten durch einen Ziehstempel realisiert werden kann.
Zum anderen hat sich gezeigt, dass durch ein zumindest bereichsweises Abstrecken des Kragens eine homogene Wanddicke beispielsweise auf ein gewünschtes Wanddickenmaß des Kragens erreicht werden kann. Gleichzeitig kann durch das Abstrecken eine Verfestigung des Materials des Kragens erreicht werden. Dies führt zu einer insgesamt höheren Belastungsfähigkeit des Kragens, was eine reduzierte Maßtoleranz des Kragens ermöglicht. Alternativ oder kumulativ kann zumindest durch ein bereichsweises Aufweiten des Kragens der Durchmesser gegenüber dem des aufgeweiteten Ziehbodenteilbereichs vergrößert werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Kragens als Bauteil wie Laufbuchse, Führungsträger oder dergleichen vorteilhaft, da hier passungsähnliche Verhältnisse benötigt werden. Ebenfalls kann durch das Abstrecken und/oder Aufweiten weiteres Material aus dem Flanschbereich in den Zargenbereich fließen oder gezogen werden. Dies kann insbesondere durch ein Abstrecken und/oder Aufweiten im Bereich des Kragenfußes, das heißt im sich an den Flanschbereich anschließenden Bereich des Kragens, erreicht werden. Dies kann einerseits zu einer erhöhten Kragenlänge führen. Andererseits kann dadurch die Wanddicke insbesondere im Bereich des Kragenfußes erhöht werden. Hierdurch wird beim Abstrecken und/oder Aufweiten insbesondere am Kragenfuß eine Verfestigung erzielt, die für die Belastungsfähigkeit des Kragens insgesamt vorteilhaft ist.
Unter einem zumindest bereichsweisen Abstrecken des Kragens wird verstanden, dass zumindest ein Teil des Zargenbereichs als Teil des Kragens und/oder zumindest ein Teil des aufgeweiteten Ziehbodens als Teil des Kragens abgestreckt wird. Dabei muss das Abstrecken des Kragens nicht zwangsweise nach vollständiger Ausbildung des Kragens erfolgen. Vielmehr kann das Abstrecken des Kragens auch zeitgleich mit einem oder mehreren der anderen Schritte erfolgen oder zeitlich (zumindest teilweise) überlappen. Kumulativ oder alternativ kann auch ein zumindest bereichsweises Aufweiten des Kragens erfolgen. Es ist insbesondere bevorzugt, wenn das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens bereits vor vollständiger Ausbildung des Kragens beginnt. Beispielsweise kann das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens zeitlich mit dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs überlappen. Ebenfalls ist denkbar, dass das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens zeitlich mit dem Ziehen des Werkstücks und/oder dem Lochen des Ziehbodens überlappt. Es ist allerdings bevorzugt, wenn das Abstrecken und/oder Aufweiten mit oder nach dem Lochen des Ziehbodens beginnt. Insofern kann das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens als ein Inline-Abstrecken/Aufweiten verstanden werden, welches beispielsweise in einem integrierten Prozess mit dem Ausbilden des Kragens erfolgt.
Beispielsweise wird durch das Ziehen des Werkstücks und durch das Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs der Kragen erst auf eine Vor-Aufweitungsbreite, welche geringer ist als die finale Aufweitungsbreite, aufgeweitet und durch das zumindest bereichsweise Abstrecken und/oder Aufweiten auf eine finale Aufweitungsbreite, welche größer ist als die Vor-Aufweitungsbreite, aufgeweitet.
Das Werkstück besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Als Stahl kommen sowohl weiche tiefziehfähige Stähle als auch höherfeste bzw. hochfeste Stähle in Betracht. Das Werkstück kann beispielsweise eine im Wesentlichen ebene, insbesondere ungelochte Platine, ein Blech, ein Halbzeug oder ein nahezu fertig geformtes Bauteil sein. Mit dem Verfahren kann dann sehr effizient ein Kragen direkt an einer Platine angeformt werden. Das Ziehen im Rahmen des Verfahrens ist dann beispielsweise ein einstufiger Ziehvorgang. Das Werkstück kann jedoch auch ein bereits geformtes, beispielsweise ein gezogenes Werkstück sein, beispielsweise ein Fertigteil. Das Ziehen kann somit mehrstufig beispielsweise in unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt werden, um die Kragenlänge weiter zu vergrößern bzw. die einzelnen Verfahrensschritte flexibel durchzuführen. Das Ziehen im Rahmen des Verfahrens stellt dann beispielsweise den letzten Ziehschritt eines mehrstufigen Ziehvorgangs (beispielsweise eines Tiefziehens) dar.
Das Verfahren kann beispielsweise Teil einer Kaltumformung oder Warmumformung sein, oder in eine solche integriert sein. Beispielsweise kann das Ziehen, das Lochen, das Aufweiten und/oder das Abstrecken als Warmumformung oder Kaltumformung erfolgen.
Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und der Kragenqualität entspricht die Breite des Ziehbodenteilbereichs in radialer Richtung, das heißt insbesondere quer zur Ziehrichtung, vorzugsweise höchstens der maximalen Aufweitbreite des Werkstoffs.
Das Ziehen kann beispielsweise mittels eines Ziehstempels und eines daran angepassten Gesenks erfolgen. Das Gesenk weist beispielsweise eine Aushalskontur auf, in welche der Zargenbereich eingeformt werden kann, wodurch das Ziehen während des Auskragens prozesssicher erfolgen kann. Das Lochen erfolgt vorzugsweise mittels eines Schneidstempels. Vorzugsweise wird ein kombinierter Stempel zum Ziehen-Schneiden-Abestrecken-Aufweiten verwendet, welcher auf dem Ziehstempelboden eine Schneidkante, vorzugsweise eine abgerundete Schneidkante aufweist, sodass auch das Lochen mit diesem Stempel erfolgen kann. Besonders vorteilhaft erfolgt auch das Aufweiten mittels des Ziehstempels. Besonders vorteilhaft kann der Ziehstempel ebenfalls zum Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens verwendet werden. Dadurch wird ein besonders effizientes Verfahren bereitgestellt, welches mittels nur einer axialen Stempelbewegung (beispielsweise mittels eines Absenkens) die Verfahrensschritte durchführen kann.
Beispielsweise erfolgt das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens vom Flanschbereich oder vom Kragenfuß in Richtung des Kragenendes, das heißt in Ziehrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird im Wesentlichen der gesamte Kragen abgestreckt und/oder aufgeweitet. Das heißt es wird im Wesentlichen sowohl der gesamte Zargenbereich als auch der gesamte aufgeweitete Ziehbodenteilbereich abgestreckt und/oder weiter aufgeweitet. Hierdurch kann im Wesentlichen über die gesamte Kragenlänge hinweg eine homogene Wanddicke des Kragens erreicht werden. Zudem kann im Wesentlichen über die gesamte Kragenlänge hinweg eine Verfestigung des Materials des Kragens erzielt werden, was die Maßhaltigkeit und Belastungsfähigkeit des Kragens positiv beeinflusst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens vor, gleichzeitig mit oder nach dem Lochen des Ziehbodens. Beginnt das Abstrecken und/oder Aufweiten bereits vor dem Lochen des Ziehbodens kann das Abstrecken zeitlich nach vorne verlagert werden und die Zykluszeit verkürzt werden. Beginnt das Abstrecken und/oder Aufweiten gleichzeitig mit oder nach dem Lochen können zunächst das Ziehen des Werkstücks und das Lochen des Ziehbodens und die damit verbundenen Materialflüsse abgeschlossen werden. Das Abstrecken und/oder Aufweiten ist so prozesssicher durchzuführen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kragen auf eine im Wesentlichen homogene Wanddicke des Kragens abgestreckt und/oder weiter aufgeweitet, wobei die abgestreckte Wanddicke bevorzugt mindestens der vor dem Abstrecken geringsten Wanddicke des abzustreckenden Bereichs des Kragens entspricht. Durch ein Abstrecken und/oder Aufweiten auf eine im Wesentlichen homogene Wanddicke kann ein Kragen mit einer gleichmäßigen Wanddicke bereitgestellt werden, was insbesondere bei der Verwendung des Kragens als Laufbuchse, Führungsträger, Versteifungsträger, Gewindeträger oder dergleichen vorteilhaft ist, da hier passungsähnliche Verhältnisse benötigt werden. Zudem kann eine gleichmäßige Verfestigung und damit gleichmäßige Belastungsfähigkeitseigenschaften im abgestreckten Bereich erreicht werden, sodass der Kragen als Ganzes mehr Belastung aufnehmen kann. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Wanddicke des Kragens auf eine Wanddicke abgestreckt und/oder aufgeweitet wird, welche vor dem Abstrecken mindestens der geringsten Wanddicke des abzustreckenden Bereichs des Kragens (beispielsweise des gesamten Kragens) entspricht. Insofern kann das Abstrecken und/oder Aufweiten auf eine im Wesentlichen homogene Wanddicke als Einglättung verstanden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren zusätzlich:

– zumindest bereichsweises Stauchen des Kragens, bevorzugt nach dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs.

Durch das Stauchen des Kragens können zum einen vorteilhaft lokale Längenunterschiede des Kragens in Ziehrichtung gesehen reduziert oder vermieden werden. Zum anderen kann durch das Stauchen des Kragens zusätzlich zu den bereits durch das Abstrecken und/oder Aufweiten eingebrachten Verfestigungen weitere Verfestigungen in den Kragen eingebracht werden, was die Belastbarkeit weiterhin erhöht. Der Kragen wird beispielsweise entlang seines gesamten Umfangs gestaucht. Das Kragenende wird beispielsweise auf eine einheitliche Länge gestaucht, wodurch beispielsweise Beschnitte mittels separater Schritte eingespart werden können, was die Zykluszeiten verkürzt. Das Stauchen kann vorteilhaft als Inline-Stauchen in das Verfahren integriert sein. Beispielsweise kann es zeitlich mit dem Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens überlappen oder zusammenfallen. Beispielsweise schließt sich das Stauchen des Kragens an das Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs an. Zwar kann durch das Stauchen eine Verkürzung der Kragenlänge, beispielsweise um den Betrag der Längendifferenz des Kragens in Ziehrichtung gesehen, auftreten. Allerdings kann diese Verkürzung durch das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens zumindest zum Teil ausgeglichen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren zusätzlich:

– Anformen einer definierten Geometrie, insbesondere einer Verprägung, in dem inneren Flanschbereich des Werkstücks, vorzugsweise am Ende des Abstreck- und/oder Aufweitvorgangs.

Hierdurch kann der Ziehradius, das heißt der Radius des Flanschbereichs, etwa auf ein notwendiges Minimum reduziert werden, sodass Kragen mit vergleichsweise geringen Ziehradien bereitgestellt werden können. Zudem kann durch das Anformen einer definierten Geometrie eine präzise Positionierung des Kragens für weitere Schritte erleichtert werden. Beispielsweise wird dadurch die Positionierung des Kragens mittels RPS (reference positioning system) verbessert. Beispielsweise ist die definierte Geometrie eine Verprägung. Hierunter wird eine Stufengeometrie mit einer definierten Form verstanden. Beispielsweise wird dadurch eine bereichsweise Absenkung des Flanschbereichs erreicht. Beispielsweise wird ein scheiben- oder tellerförmiger Abschnitt verprägt. Hierdurch entsteht vorteilhaft eine Positionierfläche mit hoher Maßhaltigkeit. Schließlich wird durch eine Verprägung in Ziehrichtung die Führungslänge des Kragens weiter verlängert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren weiterhin:

– Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer Materialreserve und/oder einer definierten Geometrie für das Ziehen des Werkstücks.

Durch das Vorformen eines Bereichs des Werkstücks kann eine Materialreserve für einen darauffolgenden Ziehvorgang gebildet werden. Hierdurch kann in Kombination mit den Schritten des Ziehens, Lochens, Aufweitens, Abstreckens und/oder weiteren Aufweitens auch bei hochfesten Materialien die Kragenlänge besonders effektiv erhöht werden. Mit dem Verfahren kann mehr Material in den Zargenbereich hereingezogen werden. Dadurch können hohe Qualitätsansprüche für den Kragen erfüllt werden. Ebenfalls dünnt der Bodenbereich nicht übermäßig aus, wodurch Bodenreißer auch bei größeren Kragenlängen vermieden werden. Durch das Vorformen zur Ausbildung einer Materialreserve werden Modifikationen oder Anpassungen an dem Werkstück vorgenommen, welche speziell zur Unterstützung des Ziehvorgangs dienen können. Beispielsweise kann dadurch zusätzliches Material bereitgestellt und/oder das Fließen des Werkstoffs in den gezogenen Bereich erleichtert werden. Beispielsweise kann durch das Vorformen zur Ausbildung einer Materialreserve der Werkstoff in dem Bereich der Materialreserve angehäuft werden, sodass für das Ziehen zusätzliches Material zur Verfügung steht. Beispielsweise kann in dem Bereich der Materialreserve eine spezielle Geometrie des Werkstücks vorgesehen werden, welche das Ziehen begünstigt. Das Material der Materialreserve kann während des Ziehens insbesondere in den Zargenbereich und/oder Ziehboden fließen. Vorzugsweise ist die Materialreserve nach dem Ziehen des Werkstücks verbraucht. Kumulativ oder alternativ können zusätzlich definierte Geometrien in das Werkstück vorgeformt bzw. eingeformt werden, die nach Abschluss des Kragenziehens in dem Werkstück verbleiben. Hierunter wird beispielsweise eine Stufengeometrie mit einer definierten Form verstanden. Beispielsweise wird dadurch eine bereichsweise Absenkung des Flanschbereichs erreicht. Beispielsweise wird ein scheiben- oder tellerförmiger Abschnitt vorgeformt bzw. verprägt. Durch letzteres entsteht vorteilhaft eine Positionierfläche mit hoher Maßhaltigkeit.
Durch das Vorformen können beispielsweise eine oder mehr Sicken ausgebildet werden. Beispielsweise werden um den zu ziehenden Bereich eine oder mehr umlaufende, insbesondere konzentrische Sicken ausgebildet. Bevorzugt werden mindestens zwei konzentrische um den zu ziehenden Bereich umlaufende Sicken vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Vorformung zum einen besonders schnell durchzuführen ist und zu schnellen Zykluszeiten führt und zum anderen die Ausbildung der notwendigen Materialreserve zufriedenstellend ermöglicht. Beispielsweise sind am Ende des Ziehens keine Sicken mehr vorhanden. Es wird also zur Ausbildung des Bereichs der Materialreserve eine Vorformung nur soweit wie erforderlich durchgeführt, um übermäßige Materialbelastungen zu vermeiden. Grundsätzlich sind jedoch auch alternative Ausgestaltungen des Bereichs der Materialreserve denkbar, beispielsweise durch eine Materialverdickung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Bereich der Materialreserve außerhalb und/oder innerhalb des zu ziehenden Bereichs. Unter dem zu ziehenden Bereich wird dabei insbesondere der Kontaktbereich eines Ziehstempelbodens mit dem Werkstück verstanden. Beispielsweise ist der Bereich der Materialreserve im Flanschbereich vorgesehen. Dadurch kann der Bereich der Materialreserve in einem definierten Abstand zum Ziehbereich vorgesehen werden und prozesssicher Material während des Ziehens zur Verfügung stellen. Alternativ oder zusätzlich kann der Bereich der Materialreserve auch im zu ziehenden Bereich, das heißt im Bereich des Ziehbodens, ausgebildet werden, wodurch einer Ausdünnung im Bereich des Ziehbodens entgegengewirkt werden kann.
Beispielsweise sind die Sicken in oder entgegen der Ziehrichtung vorgesehen. Beispielsweise ist ein Teil der Sicken entgegen der Ziehrichtung (beispielsweise eine oder mehrere Sicken außerhalb des zu ziehenden Bereichs) und ein Teil der Sicken in Ziehrichtung (beispielsweise eine oder mehrere Sicken innerhalb des zu ziehenden Bereichs) vorgesehen.
Das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve kann in Abhängigkeit von Eigenschaften des Werkstücks und/oder der zu erzielenden Kragenform erfolgen. Dadurch, dass der Bereich der Materialreserve in Abhängigkeit von der Kragenform maßgeschneidert wird, kann eine prozesssichere Herstellung des Kragens bei geringem Aufwand erreicht werden. Beispielsweise wird die Geometrie des Bereichs der Materialreserve in Abhängigkeit von dem Material und/oder der Werkstückdicke bestimmt. Sind beispielsweise eine oder mehr Sicken in dem Bereich der Materialreserve vorgesehen, kann beispielsweise die Höhe, die Breite und/oder die Form der Sicken vom Material und/oder der Werkstückdicke abhängig gemacht werden. Ebenfalls kann der Abstand der Sicken von den Materialeigenschaften abhängig gemacht werden. Beispielsweise wird die Höhe der Sicken derart gewählt, dass die Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten wird. Ebenfalls wird eine durch die Vorformung zusätzlich erzeugte Länge des Werkstücks im Bereich der Materialreserve derart bemessen, dass die Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten wird.
Das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve kann zumindest abschnittsweise eine Vordehnung bis maximal an die Dehngrenze des Werkstoffs beinhalten. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Vordehnung des Materials und die dadurch entstehende zusätzliche Länge der Fluss des Materials aus der Materialreserve in den Zargenbereich verbessert werden kann und die Materialreserve einfach und effizient bereitgestellt werden kann. Bevorzugt wird dabei die Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten, da andernfalls die Prozesssicherheit und die Qualität beeinträchtigt würden.
Das Werkstück wird bevorzugt im Bereich der Materialreserve während des Ziehens zumindest zeitweise und zumindest abschnittsweise mit einer (gesteuerten) Kraft beaufschlagt, beispielsweise durch einen Niederhalter in Ziehrichtung. Durch die Kraftbeaufschlagung kann die Materialreserve zusätzlich in den zu ziehenden Bereich gedrückt werden, was den Materialfluss in den Zargenbereich weiterhin verbessern kann.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

– mit Mitteln zum Ziehen des Werkstücks, sodass das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist und der Zargenbereich einen Teil des Kragens bildet,
– mit Mitteln zum Lochen des Ziehbodens, sodass ein sich an den Zargenbereich anschließender Ziehbodenteilbereich entsteht,
– mit Mitteln zum Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs, sodass der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich einen Teil des Kragens bildet, und
– mit Mitteln zum zumindest bereichsweisen Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens.

Wie bereits ausgeführt, können durch die Kombination von Zargenbereich und geweitetem Ziehbodenteilbereich zum einen längere und präzise Kragen ausgebildet werden, während die Vorrichtung einfach im Bereich der pressengestützten Vorrichtungen realisiert werden kann. Wie ebenfalls bereits ausgeführt hat sich zum anderen gezeigt, dass durch ein zumindest bereichsweises Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens eine homogene Wanddicke des Kragens erreicht werden kann. Hierdurch kann gleichzeitig eine Verfestigung des Materials des Kragens erreicht werden, was zu einer insgesamt höheren Belastungsfähigkeit des Kragens führt. Ebenfalls kann durch das Abstrecken und/oder Aufweiten weiteres Material aus dem Flanschbereich in den Zargenbereich fließen oder gezogen werden, was zu einer weiterhin erhöhten Kragenlänge führen kann.
Die Mittel zum Ziehen können beispielsweise einen Ziehstempel umfassen. Die Mittel zum Lochen können beispielsweise einen Schneidstempel umfassen. Die Mittel zum Aufweiten können beispielsweise einen Aufweitstempel umfassen. Die Mittel zum Abstrecken können beispielsweise einen Abstreckstempel umfassen. Die Mittel zum weiteren Aufweiten können einen weiteren Aufweitstempel umfassen. Die Mittel zum Ziehen, Lochen, Aufweiten, Abstrecken und/oder weiteren Aufweiten können separat ausgebildet sein oder auch (zumindest teilweise) ineinander integriert oder miteinander kombiniert vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein kombinierter Stempel vorgesehen sein, welcher zum Ziehen, Lochen, Aufweiten, Abstrecken und/oder weiteren Aufweiten ausgebildet ist.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zudem Mittel zum Fixieren des Werkstücks auf. Die Mittel zum Fixieren des Werkstücks können derart ausgebildet sein, dass das Werkstück mit seinem Flanschbereich in der Vorrichtung, insbesondere während des Ziehens, Lochens, Aufweitens, Abstreckens und/oder weiteren Aufweitens fixiert wird. Die Mittel zum Fixieren können beispielsweise durch einen insbesondere druckgesteuerten Niederhalter realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Ziehen des Werkstücks einen Ziehstempel, wobei der Ziehstempel einen Abstreck-Absatz, insbesondere einen Vorsprung, zum zumindest bereichsweisen Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens aufweist. Dadurch kann die Herstellung des Kragens mit kurzen Zykluszeiten und ohne wesentliche Modifikationen bestehender pressengestützter Vorrichtungen realisiert werden. Das Abstrecken und/oder Aufweiten kann nämlich inline mit dem Ziehen erfolgen. Insbesondere wird eine besonders einfache Integration der Mittel zum Abstrecken und/oder Aufweiten in den Ziehstempel erreicht. Bevorzugt ist der Abstreck-Absatz als abgerundeter Vorsprung vorgesehen. Beispielsweise geht der Ziehstempel von einer ersten (geringeren) Vor-Aufweitungsbreite auf eine zweite (größere) finale Aufweitungsbreite, welche an dem Kragen durch das Abstrecken erreicht wird, über.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Mittel zum Lochen eine am Ziehstempelboden des Ziehstempels angeordnete, insbesondere abgerundete Schneidkante und eine dem Ziehstempel gegenüberliegend angeordnete und an die Schneidkante angepasste Lochmatrize aufweisen. Somit wird ein kombinierter Stempel zum Ziehen-Schneiden-Aufweiten-Abstrecken zur Verfügung gestellt. Die Schneidkante ragt beispielsweise in Ziehrichtung und beabstandet vom Ziehstempelrand aus dem Ziehstempelboden hervor. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Ziehstempel zudem zum Weiten des Ziehbodenteilbereichs dient. Dadurch kann die Herstellung des Kragens mit kurzen Zykluszeiten und ohne wesentliche Modifikationen bestehender pressengestützter Vorrichtungen realisiert werden. Das Ziehen, Lochen, Aufweiten und Abstrecken ist beispielsweise lediglich durch eine Bewegung des Ziehstempels in die Ziehrichtung realisierbar.
Grundsätzlich kann der Ziehstempel in Ziehrichtung gesehen unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt. Besonders gute Ergebnisse bezüglich der Kragenqualität werden jedoch erzielt, wenn der Ziehstempel im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Beispielsweise ist die vorzugsweise abgerundete Schneidkante konzentrisch am Ziehstempelboden angeordnet. Beispielsweise kann zunächst ein napfförmiger gezogener Bereich mittels des Ziehens erzeugt werden und anschließend durch das Lochen beispielsweise ein nabenförmiger Kragen entstehen. Der Ziehboden kann grundsätzlich parallel oder schräg zum Flanschbereich des Werkstücks ausgeformt sein. Zudem kann die Berandungslinie des Ziehbodens kreisförmig, wellenförmig oder andersförmig ausgeformt sein.
Ist der Ziehstempelboden abgesehen von der Schneidkante im Wesentlichen flach ausgebildet und verläuft quer zur Ziehrichtung, wird eine unerwünschte zu starke Vordehnung des Ziehbodens vermieden und es kann mehr Material aus dem Flanschbereich in den Zargenbereich fließen.
Beispielsweise können eine kreisförmige insbesondere abgerundete Schneidkante und eine daran angepasste insbesondere scharfkantige Lochmatrize vorgesehen sein, sodass eine kreisförmige Öffnung in den Ziehboden gelocht werden kann. Allerdings sind auch hier andere geometrische Querschnitte, welche sich zum Lochen eignen, verwendbar, etwa ovale oder eckige Querschnitte. Dabei können die verwendeten Querschnittsformen beim Ziehen und beim Lochen im Wesentlichen, etwa bis auf einen Offset, übereinstimmen oder es können unterschiedliche Formen verwendet werden.
Wie bereits ausgeführt, ist die Schneidkante bevorzugt abgerundet. Dadurch wird unter anderem vorteilhaft erreicht, dass der Ziehteilboden während des Ziehens nicht durch die Schneidkante beschädigt wird und beispielsweise keine Einkerbungen entstehen oder kein frühzeitiges, teilweises Lochen des Werkstücks erfolgt. Vielmehr kann das Material zunächst über die Schneidkante hinweggleiten. Im Zusammenspiel mit der Lochmatrize, dessen Bewegung entgegen der Ziehrichtung gehemmt ist, erfolgt dann ein Lochen des Ziehbodens zu einem definierten Zeitpunkt. Damit werden die Qualität der Kragenwandung und die mögliche Ziehtiefe gesteigert.
Dass die Schneidkante abgerundet ist, bedeutet insbesondere, dass der Radius der Schneidkante größer als 0,15 mm, insbesondere größer als 0,25 mm, bevorzugt bis 1 mm ist. Beispielsweise liegt der Radius der Schneidkante zwischen 0,3 und 0,8 mm. Beispielsweise liegt der Radius der Schneidkante zwischen 0,5 und 1,5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung Mittel zum zumindest bereichsweisen Stauchen des Kragens, insbesondere einen Stauch-Absatz, auf. Beispielsweise umfassen die Mittel zum Ziehen des Werkstücks ein Gesenk, wobei das Gesenk den Stauch-Absatz zum zumindest bereichsweisen Stauchen des Kragens aufweist. Wie bereits ausgeführt, können durch das Stauchen des Kragens lokale Längenunterschiede des Kragens reduziert oder vermieden werden und weitere Verfestigungen in den Kragen eingebracht werden. Durch einen in ein Gesenk integrierten Stauch-Absatz kann die Herstellung das Stauchen des Kragens mit kurzen Zykluszeiten und ohne wesentliche Modifikationen bestehender pressengestützter Vorrichtungen realisiert werden.
Das Gesenk kann beispielsweise eine Aushalskontur umfassen, sodass das Werkstück mittels einer relativen Bewegung von Ziehstempel und Gesenk einem Ziehvorgang unterzogen werden kann, sodass der Kragen durch den Stempel entlang der Aushalskontur ausgebildet werden kann. Der Stauch-Absatz ist beispielsweise als Vorsprung an der Aushalskontur vorgesehen. Der Stauch-Absatz ist beispielsweise so platziert, dass das Kragenende nach dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs auf Stauch-Absatz aufsetzt. Vorteilhaft sind dabei das Gesenk und die Lochmatrize so ausgebildet, dass die Lochmatrize an dem Stauch-Absatz vorbeigleiten kann.
Weiterhin vorteilhaft weist das Gesenk einen Anschlag zum Verhindern einer Aufweitung des Werkstücks im Flanschbereich auf. Ist eine Materialreserve in dem Werkstück vorgesehen, kann durch den Anschlag vorteilhaft verhindert werden, dass sich das Werkstück durch das Material aus der Materialreserve radial nach außen aufweitet und/oder zumindest bereichsweise aufdickt. So kann möglichst viel Material aus der Materialreserve den Ziehvorgang unterstützen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Ziehen des Werkstücks einen Ziehstempel und/oder ein Gesenk und der Ziehstempel und/oder das Gesenk weisen einen Form-Absatz zum Anformen einer definierten Geometrie, insbesondere einer Verprägung, in dem Flanschbereich des Werkstücks auf. Wie bereits ausgeführt kann hierdurch der Ziehradius auf ein notwendiges Minimum reduziert werden und es kann eine präzise Positionierung des Kragens für weitere Schritte erleichtert werden. Das Anformen der definierten Geometrie kann somit ebenfalls integriert mit dem Ausbilden des Kragens erfolgen. Beispielsweise weisen der Ziehstempel einen ziehstempelseitigen Form-Absatz und das Gesenk einen entsprechenden gesenkseitigen Form-Absatz auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung weiterhin:

– Mittel zum Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer Materialreserve und/oder einer definierten Geometrie für das Ziehen des Werkstücks.

Durch das Vorsehen von Mitteln zum Vorformen zur Ausbildung einer Materialreserve und/oder definierten Geometrien für einen darauffolgenden Ziehvorgang kann in Kombination mit den Mitteln zum Ziehen, Lochen, Aufweiten, Abstrecken und/oder weiteren Aufweiten mit der Vorrichtung auch bei hochfesten Materialien die Kragenlänge besonders effektiv erhöht werden. Zudem können hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden, da genug Material in den Zargenbereich hereingezogen werden kann und der Bodenbereich somit nicht übermäßig ausdünnt.
Bevorzugt weist die Vorrichtung Mittel zur zumindest zeitweisen und zumindest abschnittsweisen insbesondere gesteuerten Kraftbeaufschlagung des Werkstücks im Flanschbereich während des Ziehens auf. Die Mittel zur Kraftbeaufschlagung können beispielsweise durch einen Niederhalter realisiert werden. Durch die insbesondere gesteuerte Kraftbeaufschlagung im Flanschbereich und damit bevorzugt im Bereich der Materialreserve kann das Material aus dem Bereich der Materialreserve zusätzlich in den zu ziehenden Bereich gedrückt werden, was den Materialfluss verbessern kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung:

– ein erstes Werkzeug oder einen ersten Werkzeugabschnitt und
– ein zweites Werkzeug oder einen zweiten Werkzeugabschnitt,

Auf diese Weise kann das Vorformen eines Materialreservebereichs ohne wesentliche Modifikationen der übrigen Werkzeuge in bestehende Verfahren integriert werden. Um die Zykluszeiten weiter zu verkürzen, kann das erste Werkzeug oder der erste Werkzeugabschnitt optional auch mit anderen Arbeitsschritten kombiniert sein. Bevorzugt erfolgen in dem zweiten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt das Ziehen, das Lochen des Ziehbodens, das Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs und das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens. Hierdurch können sonst notwendige Transporte zwischen einzelnen Werkzeugen auf ein Minimum reduziert werden.
Bevorzugt erfolgt daher zunächst das Einlegen des Werkstücks in das erste Werkzeug oder den ersten Werkzeugabschnitt, wobei zumindest die Vorformung zur Ausbildung der Materialreserve erfolgt. Das Werkstück kann dann entnommen werden und anschließend in das zweite Werkzeug oder den zweiten Werkzeugabschnitt eingelegt werden. Dabei wird das Werkstück beispielsweise zwischen einen Ziehstempel und ein Gesenk mit Niederhalter gebracht. Nach dem Ziehen, Lochen, Aufweiten, Abstrecken und/oder weiteren Aufweiten des Werkstücks kann das Werkstück mit fertig ausgebildetem Kragen entnommen werden.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zudem ein Hemmelement auf, welches zur zeitweisen insbesondere definierten Kraftbeaufschlagung der Lochmatrize in Reaktion auf eine Krafteinwirkung seitens des Ziehstempels in Ziehrichtung dient. Durch das Hemmelement wird erreicht, dass der Ziehboden zu einem definierten Zeitpunkt gelocht werden kann. Zudem kann dadurch, dass die Kraftbeaufschlagung nur zeitweise erfolgt, eine Bewegung der Lochmatrize in Ziehrichtung ermöglicht werden, sodass die Aufweitung nach dem Lochen ermöglicht wird. Beispielsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass eine definierte Hemmkraft der Lochmatrize die zum Lochen des Ziehbodenteils benötigte Schnittkraft übersteigt, um das Lochen zu ermöglichen. Die Hemmkraft kann beispielsweise durch das Hemmelement ausgeübt werden. Beispielsweise ist das Hemmelement als quer zur Ziehrichtung beweglicher Schubkeil ausgebildet, welcher die Bewegung der Lochmatrize in Ziehrichtung hemmt. Beispielsweise kann der Schubkeil bei ausreichender Kraftbeaufschlagung in Ziehrichtung die Bewegung der Lochmatrize in Ziehrichtung wieder freigeben, insbesondere wenn die definierte Hemmkraft der Lochmatrize die zum Lochen des Ziehbodenteils benötigte Schnittkraft übersteigt. Beispielsweise ist der Schubkeil federgelagert. Beispielsweise weisen der Schubkeil und die Lochmatrize aneinander angepasste Gleitflächen auf, welche ein Abgleiten der Lochmatrize auf dem Schubkeil und ein Verdrängen des Schubkeils ermöglichen. Beispielsweise ist die Lochmatrize ebenfalls federgelagert um eine weitere Kraft entgegen der Ziehrichtung zu ermöglichen.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Beschreibung des Verfahrens und dessen Vorteile verwiesen.
Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines ersten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung vor der Ausbildung einer Materialreserve;
2 eine schematische Ansicht des ersten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 1 nach der Ausbildung einer Materialreserve;
3 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung vor dem Ziehen;
4, 5 schematische Ansichten des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 während des Ziehens;
6 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 nach dem Lochen;
7 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 nach dem Aufweiten;
8 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 während des weiteren Abstreckens des Kragens;
9 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 nach dem Abstrecken des Kragens;
10 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 3 nach dem Auswerfen;
11 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines ersten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung vor der Ausbildung einer Materialreserve und einer definierten Geometrie;
12 eine schematische Ansicht des ersten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts aus 11 nach der Ausbildung einer Materialreserve und einer definierten Geometrie; und
13 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung nach Abschluss der Umformung.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines ersten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 1 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Ausbildung einer Materialreserve. Das Werkzeug oder Werkzeugabschnitt 1 ist in einem Teil-Längsschnitt dargestellt, und ist symmetrisch um die Achse A aufgebaut. Das Werkzeug oder der Werkzeugabschnitt 1 ist in eine geeignete, hier nicht dargestellte Presse eingebaut und weist mit einem Obergesenk 1a und einem daran angepassten Untergesenk 1b Mittel zum Vorformen eines Bereichs 4 eines Werkstücks oder Werkstückabschnitts 2 auf. Das Werkstück oder der Werkstückabschnitt 2 in Form einer Platine oder eines Blechs ist bei geöffneter Presse zwischen die Gesenke 1a, 1b gebracht. Durch die Geometrie der Pressflächen kann ein Bereich 4 des Werkstücks 2 durch das Werkzeug 1 umgeformt werden, sodass sich in dem Bereich 4 eine Materialreserve für einen späteren Ziehvorgang bildet. Dazu wird beispielsweise das Obergesenk 1a zum Schließen des Werkzeugs 1 in Richtung des Pfeils 6 auf das Untergesenk 1b zubewegt.
2 zeigt eine schematische Ansicht des ersten Werkzeugs 1 aus 1 nach der Ausbildung einer Materialreserve in den Bereichen 4a und 4b des Werkzeugs 2. Durch das Vorformen des Bereichs 4a wurden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier umlaufende konzentrische Sicken 6a, 6b, 6c, 6d außerhalb des zu ziehenden Bereichs gebildet. Durch das Vorformen des Bereichs 4b wurde in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zudem eine umlaufende konzentrische Sicke 6e innerhalb des zu ziehenden Bereichs und entgegengesetzt der Sicken außerhalb des zu ziehenden Bereichs gebildet. Die (Vor-)Formung mit dem Werkzeug 1 bewirkt eine Vordehnung des Materials in den Bereichen 4a, 4b und der daran angrenzenden Bereiche, was zu einer Verlängerung der Querschnittslänge in den Bereichen 4a, 4b des Werkstücks oder Werkstückabschnitts 2 führt. Im Ergebnis können die Bereiche 4a, 4b mit den Sicken 6a, 6b, 6c, 6d, 6e für einen anschließenden Ziehvorgang als Materialreserve dienen.
Da das Werkzeug 1 auch ein Werkzeugabschnitt eines komplexeren nicht dargestellten Werkzeugs sein kann, ist es grundsätzlich möglich, dass dieses während des Schließens der Presse auch noch weitere Bearbeitungen, beispielsweise weitere Umformungen, des Werkstücks 2 ausführen kann, wie beispielsweise in den 11 und 12 dargestellt. Im Vergleich zu den 1 und 2 sind ist das erste Werkzeug oder der erste Werkzeug Anschnitt 1' so ausgebildet, dass in das Werkstück 2 zusätzlich eine definierte Geometrie 58, beispielsweise eine Stufengeometrie mit einer definierten Form in das Werkstück 2 vorgeformt bzw. eingeformt werden kann. Beispielsweise wird dadurch eine bereichsweise geringe Absenkung und/oder Erhöhung des äußeren Bereichs des Flanschbereichs 2 erreicht. Dies verhindert einen ungewollten Materialfluss in Richtung des Bauteilrandes. Des Weiteren wird beispielsweise eine Positionierfläche mit hoher Maßhaltigkeit am inneren Bereich des Flanschbereichs 2 erzeugt, die nach Abschluss des Kragenziehens in dem Werkstück verbleibt (siehe 13).
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor dem Ziehen. Das Werkzeug 10 ist ebenfalls symmetrisch um die Achse A aufgebaut. Es weist mit einem in Ziehrichtung 8 beweglichen Ziehstempel bzw. Zieh-Schneidstempel 12 Mittel zum Ziehen des Werkstücks 2 auf. Der Ziehstempel weist eine am Ziehstempelboden 14 angeordnete, abgerundete Schneidkante 16 auf. Die Schneidkante 16 ragt in Ziehrichtung 8 aus dem Ziehstempelboden 14 hinaus. Dies vermeidet die Gefahr einer vorzeitigen Beschädigung oder Lochung des Werkstücks 2.
Der Ziehstempel 12 weist weiterhin einen Abstreck-Absatz in Form eines Vorsprungs 52, welcher zum Abstrecken des Kragens dient, und einen ziehstempelseitigen Form-Absatz 53 zum Anformen einer definierten Geometrie in Form einer Verprägung in dem Flanschbereich 20 des Werkstücks 2 auf. Dies wird in Zusammenhang mit den 7–9 erläutert.
Das Werkzeug 10 weist zudem mit dem Niederhalter 18 Mittel zum Fixieren des Werkstücks 2 auf. Wie durch den Pfeil 9 dargestellt, kann der Niederhalter das Werkstück 2 in einem Flanschbereich 20 mit einer gesteuerten Kraft in Ziehrichtung 8 beaufschlagen. Hierdurch kann das Werkstück 2 fixiert und Material aus dem Bereich 4a der Materialreserve nachgeführt werden. Der Bereich 4b der Materialreserve ist hingegen im zu ziehenden Bereich angeordnet, in diesem Fall im Bereich der Schneidkante 16.
Das Werkzeug 10 weist weiterhin ein Gesenk 26 auf. Das Gesenk 26 weist einen Anschlag 27 auf. Durch den Anschlag 27 wird eine Aufweitung des Werkstücks 2 im Flanschbereich 20 verhindert, da sich das Werkstück 2 durch das Material aus dem Bereich 4a der Materialreserve auch unter Kraftbeaufschlagung durch den Niederhalter 18 nicht radial nach außen aufweiten kann. Das Gesenk 26 weist eine Aushalskontur 28 auf, welche an den Ziehstempel 12 angepasst ist. Im unteren Bereich des Gesenks 26 ist eine Lochmatrize 30 federnd gelagert und an die Schneidkante 16 angepasst, um ein Lochen des Ziehbodens 42 zu ermöglichen. Ergänzend ist ein Federelement 32 vorgesehen, welches die Lochmatrize 30 mit einer Kraft entgegen der Ziehrichtung 8 beaufschlagen kann. In dem Gesenk 26 ist zudem ein Hemmelement in Form eines Schubkeils 34 gelagert. Der Schubkeil stützt die Lochmatrize 30 ab, sodass die Bewegung der Lochmatrize 30 in Ziehrichtung 8 zunächst gehemmt ist. Hierzu drückt der Schubkeil 34 mit einem Federelement 36 unter die Lochmatrize 30. Die Lochmatrize 30 und der Schubkeil 34 weisen aneinander angepasste Gleitflächen 38, 40 auf, welche ein Abgleiten der Lochmatrize 30 auf dem Schubkeil 34 ermöglichen.
Das Gesenk 26 weist weiterhin einen stufenförmigen Stauch-Absatz 54 zum Stauchen des Kragens auf. Zudem weist das Gesenk 26 einen gesenkseitigen und an den ziehstempelseitigen Form-Absatz 53 angepassten Form-Absatz 55 zum Anformen einer definierten Geometrie in Form einer Verprägung in dem Flanschbereich 20 des Werkstücks 2 auf. Dies wird in Zusammenhang mit den 7–9 erläutert.
4 und 5 zeigen eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs 10 aus 3 während des Ziehens. Der Ziehstempel 12 wird dabei in Ziehrichtung 8 bewegt. Dadurch bildet sich im Werkstück 2 ein gezogener Bereich mit einem sich an den Flanschbereich 20 anschließenden Zargenbereich 44 und mit einem sich an den Zargenbereich 44 anschließenden Ziehboden 42 aus. Während des Ziehens wird zunächst die Materialreserve im Bereich 4b eingeglättet (4). Anschließend wird durch den Bereich 4a Material für den Ziehvorgang zur Verfügung gestellt und in den Zargenbereich 44 hineingezogen (5). Gleichzeitig wird durch die Kraftbeaufschlagung des Bereichs 4a mit dem Niederhalter 18 Material der Materialreserve in den Zargenbereich 44 nachgeschoben. Dadurch kann der Zargenbereich 44 länger als mit den konventionellen Verfahren ausgebildet werden, während der Ziehboden 42 im Wesentlichen nicht ausdünnt. Wie in 5 zu erkennen ist, werden die Sicken 6a, 6b, 6c, 6d während des Ziehens im Wesentlichen geglättet.
Dadurch, dass eine abgerundete Schneidkante 16 vorgesehen ist, wird der Ziehboden 42 während des Ziehens nicht beschädigt oder vorzeitig gelocht und es kann durch den im Wesentlichen flachen und quer zur Ziehrichtung 8 verlaufenden Ziehstempelboden 14 ein Ausdünnen des Ziehbodens 42 verringert oder vermieden werden.
Während des fortschreitenden Ziehvorgangs wird entweder weiterhin Material aus dem Flanschbereich 20 in den Zargenbereich 44 geholt und/oder der Zargenbereich 44 wird abgestreckt, bis der Ziehstempel 12 die Lochmatrize 30 erreicht hat. Aufgrund der durch den Schubkeil 34 verursachten Gegenkraft, kann die Lochmatrize 30 zunächst nicht ausweichen und die Schneidkante 16 des kombinierten Stempels 12 zum Ziehen-Schneiden-Aufweiten-Abstrecken locht den Ziehboden 42, indem ein Schneidbutzen 46 aus dem Ziehboden 42 geschnitten oder gestanzt wird, welcher durch die Lochmatrize aus dem Werkzeug 10 herausfallen kann und nicht manuell entfernt werden braucht.
6 zeigt hierzu eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus 3 nach dem Lochen. An den Zargenbereich 44 schließt sich nunmehr ein Ziehbodenteilbereich 45 an.
Der Abstreck-Absatz 52 befindet sich zu diesem Zeitpunkt kurz vor dem Eingriff am Zargenbereich 44. Mit dem Ende der in 6 gezeigten Lochung kommt der abgerundete Abstreck-Absatz 52 dann zum Eingriff an dem Zargenbereich 44. Bei Bedarf kann der Eingriff auch bereits vorher oder erst später erfolgen. Der Abstreck-Absatz 52 sorgt unter Nachholung von Material aus dem Flanschbereich 20 dafür, dass mit dem zunehmenden Absenken des Ziehstempels 12 in Ziehrichtung 8 der Kragen auf das gewünschte Wanddickenmaß abgestreckt wird.
Der Gegendruck der Lochmatrize 30 auf den Ziehstempel 12 ist jedoch durch das Vorsehen der Gleitflächen 38, 40 an der Lochmatrize 30 und dem Schubkeil 34 und durch die Federlagerung des Schubkeils 34 auf die notwendige Schnittkraft zum Lochen des Ziehbodenteils begrenzt. Wird die Kraftgrenze überschritten, weicht der Schubkeil 34 nach außen quer zur Ziehrichtung 8 aus. Die Lochmatrize 30 wird durch den Ziehstempel 12 weiter in Ziehrichtung 8 nach unten verdrängt und der Ziehstempel 12 kann gleichzeitig mit dem beginnenden Abstrecken durch weiteres Fortschreiten in Ziehrichtung 8 ein Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs 45 durchführen.
7 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus 3 nach dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs 45 und nach begonnenem Abstrecken des Zargenbereichs 44 mit dem Abtreck-Absatz 52. Dadurch, dass der Kragen Längenanteile des Zargenbereichs 44 und des geweiteten Ziehbodenteilbereichs 45 umfasst, kann ein langer Kragen ausgebildet werden, ohne dass ein Materialversagen in dem Bereich 4a, 4b der Materialreserve und der abgerundeten Schneidkante 16 auftritt.
Wie weiterhin in 7 zu erkennen ist, ist der Stauch-Absatz 54 so platziert, dass nach erfolgter Aufweitung des Ziehbodenteilbereichs 45 das Kragenende auf dem Stauch-Absatz 54 aufsetzt.
8 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus 3 während des weiteren Abstreckens des Kragens unter Bewegung des Ziehstempels 12 in Ziehrichtung 8. Dabei wird der Kragen, das heißt der Zargenbereich 44 und der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich 45 durch den Abstreck-Absatz 52 von einer Vor-Aufweitungsbreite auf die finale Aufweitungsbreite abgestreckt. Gleichzeitig erfolgt eine Stauchung des Kragens gegen den Stauch-Absatz 54.
9 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus 3 nach dem Abstrecken des Kragens. Der Ziehstempel 12 hat sich in seine Endlage abgesenkt. Dabei wurde der gesamte Kragen auf eine einheitliche Wanddicke abgestreckt, gleichzeitig verfestigt und gegen den Stauch-Absatz 54 auf das gewünschte Längenmaß gestaucht.
Wie in 9 ebenfalls zu erkennen ist, kommt der ziehstempelseitige Anform-Absatz 53 des Ziehstempels 12 in Kontakt mit dem Flanschbereich 20 des Werkstücks 2 und drückt diesen nach unten in den gesenkseitigen Anform-Absatz 55. Dabei formen sich einerseits ein geringerer Flanschradius und andererseits eine definierte Verprägung 56 mit einer exakten Fläche in dem Flanschbereich 20 aus, welche zur Positionierung verwendet werden kann.
Dadurch ist die Kragenformung abgeschlossen. Durch ein Anheben des Ziehstempels 12 und des Niederhalters 18 kann die Lochmatrize 30 wieder entgegen der Ziehrichtung 8 in die Ausgangsstellung fahren, wobei das Werkstück 2 ausgeworfen wird. 10 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus 3 nach dem Auswerfen.
13 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10' einer Vorrichtung nach Abschluss der Umformung. Der Zustand des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10' entspricht somit dem Zustand des Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 wie in 9 gezeigt. Im Unterschied zum zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 weist das zweiten Werkzeug oder der zweite Werkzeugabschnitt 10' ein modifiziertes Gesenk 26' und einen modifizierten Niederhalter 18' auf. Das Gesenk 26' und der Niederhalter 18' weisen eine an die in 12 gezeigte definierte Geometrie 58 des Werkstücks 2 angepasste Form auf. Durch die stufenförmige Geometrie 58 wird ein ungewollter Materialfluss in Richtung des Randes des Werkstücks 2 verhindert. Des Weiteren wird beispielsweise eine Positionierfläche mit hoher Maßhaltigkeit am inneren Bereich des Flanschbereichs 2 erzeugt, die nach Abschluss des Kragenziehens in dem Werkstück 2 verbleibt. Im Übrigen entsprechen die Komponenten und die Funktionsweise der in 13 gezeigten Ausführung des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10' den bereits in Zusammenhang mit den 3–10 beschriebenen, sodass insofern hierauf verwiesen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 1613961 [0007]
DE 102006029124 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kragens an einem Werkstück umfassend die Schritte: – Ziehen des Werkstücks, sodass das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist und der Zargenbereich einen Teil des Kragens bildet; – Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehbodens, sodass sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt; – Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs, sodass der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich einen Teil des Kragens bildet; – zumindest bereichsweises Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen der gesamte Kragen abgestreckt und/oder aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens vor, gleichzeitig mit oder nach dem Lochen des Ziehbodens beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kragen auf eine im Wesentlichen homogene Wanddicke des Kragens abgestreckt und/oder aufgeweitet wird, wobei die abgestreckte Wanddicke bevorzugt mindestens der vor dem Abstrecken geringsten Wanddicke des abzustreckenden Bereichs des Kragens entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren zusätzlich umfasst: – zumindest bereichsweises Stauchen des Kragens, bevorzugt nach dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren zusätzlich umfasst: – Anformen einer definierten Geometrie, insbesondere einer Verprägung, in dem inneren Flanschbereich des Werkstücks, vorzugsweise am Ende des Abstreck- und/oder Aufweitvorgangs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: – Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer Materialreserve und/oder einer definierten Geometrie für das Ziehen des Werkstücks.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Bereich der Materialreserve außerhalb und/oder innerhalb des zu ziehenden Bereichs liegt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, – mit Mitteln (12, 26) zum Ziehen des Werkstücks (2), sodass das gezogene Werkstück (2) einen Flanschbereich (20) und einen sich an den Flanschbereich (20) anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich (44) und mit einem sich an den Zargenbereich (44) anschließenden Ziehboden (42) aufweist und der Zargenbereich (44) einen Teil des Kragens bildet, – mit Mitteln (16, 30) zum Lochen des Ziehbodens (42), sodass ein sich an den Zargenbereich (44) anschließender Ziehbodenteilbereich (45) entsteht, – mit Mitteln (12) zum Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs (45), sodass der aufgeweitete Ziehbodenteilbereich (45) einen Teil des Kragens bildet, und – mit Mitteln (52) zum zumindest bereichsweisen Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mittel (12, 26) zum Ziehen des Werkstücks (2) einen Ziehstempel (12) umfassen und der Ziehstempel (12) einen Abstreck-Absatz (52), insbesondere einen Vorsprung (52), zum zumindest bereichsweisen Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Vorrichtung Mittel (54) zum zumindest bereichsweisen Stauchen des Kragens, insbesondere einen Stauch-Absatz (54), aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Mittel (12, 26) zum Ziehen des Werkstücks (2) einen Ziehstempel (12) und/oder ein Gesenk (26) umfassen und der Ziehstempel (12) und/oder das Gesenk (26) einen Form-Absatz (53, 55) zum Anformen einer definierten Geometrie, insbesondere einer Verprägung (56), in dem Flanschbereich (20) des Werkstücks (2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, weiterhin umfassend: – Mittel (1a, 1b) zum Vorformen eines Bereichs (4a, 4b) des Werkstücks (2) zur Ausbildung einer Materialreserve und/oder einer definierten Geometrie (58) für das Ziehen des Werkstücks (2).
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung umfasst: – ein erstes Werkzeug (1) oder einen ersten Werkzeugabschnitt (1) und – ein zweites Werkzeug (10) oder einen zweiten Werkzeugabschnitt (10), wobei das erste Werkzeug (1) oder der erste Werkzeugabschnitt (1) die Mittel (1a, 1b) zum Vorformen aufweist und wobei das zweite Werkzeug (10) oder der zweite Werkzeugabschnitt (10) die Mittel (12, 26) zum Ziehen des Werkstücks (2), die Mittel (16, 30) zum Lochen des Ziehbodens (42), die Mittel (12) zum Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs (45) und/oder die Mittel (52) zum zumindest bereichsweisen Abstrecken und/oder Aufweiten des Kragens aufweist.