DE10313072A1

DE10313072A1 - Verfahren und Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen

Info

Publication number: DE10313072A1
Application number: DE2003113072
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. Schulze
Original assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH
Current assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: DE10313072B4; DE10313072A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech, wobei das Blech im Randbereich geklemmt wird, unter Verwendung eines Stempels und eines Werkzeuges mit einer Ausnehmung, in welche das Blech einformbar ist. Erfindungsgemäß formt verfahrensgemäß der Stempel das Blech in die Ausnehmung des Werkzeuges vor, wobei die Formkontur der Ausnehmung der Formkontur des zu erzeugenden Blechformteiles entspricht und zwischen dem Stempel und der Formkontur der Ausnehmung ein Spalt verbleibt und es wird anschließend, durch zwischen Stempel und Blech eingeleitetes Druckmittel, das Blech gegen die Formkontur der Ausnehmung des Werkzeuges geformt. Vorrichtungsseitig entspricht die Formkontur der Ausnehmung der Formkontur des zu erzeugenden Blechformteiles und es verbleibt zwischen dem Stempel und der Formkontur nach einer ersten Umformstufe mit dem Stempel ein Spalt, wobei mittels der ersten Druckmittelzuführung das erste Druckmittel zwischen Stempel und Blech einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen nach dem Oberbegriff des ersten und zehnten Patentanspruchs.
Beim herkömmlichen hydromechanischen Tiefziehen ( DE 12 40 801 ) ist das Unterwerkzeug als Wasserkasten ausgebildet. Mit dem eine Formkontur aufweisenden Oberwerkzeug (Stempel) wird das randseitig geklemmte Blech gegen das Hydraulikmedium umgeformt und das Hydraulikmedium verdrängt, wobei sich das Blech an die Formkontur des Stempels anlegt. Nachteilig ist das große Volumen an Hydraulikmedium und die relativ geringen Hubzahlen/Minute. Höhere Taktzeiten sollen mit dem Verfahren nach DE 199 52 105 A1 erzielt werden. Dabei wird ein Blech mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und anschließend in die gleiche Richtung mittels eines die Formkontur aufweisenden Werkzeuges gegen sich im Unterwerkzeug befindliches Hydraulikmedium endgeformt. Auch hier bestimmt die Stempelform die Endform des Werkstückes. Nachteilig ist das noch immer relativ große Volumen an Hydraulikmedium im Unterwerkzeug. Auch sind die möglichen Hubzahlen bei Verwendung des pneumatischen Vorformens noch zu niedrig. Weiterhin ist durch die Rückfederung die Genauigkeit und Toleranzhaltigkeit des Verfahrens zu gering.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen zu entwickeln, welches bei nur geringem Volumen an Hydraulikmedium große Hubzahlen ermöglicht, wobei große Dehnungen und bei nur geringer Rückfederung eine hohe Reproduzierbarkeit und Form- und Maßgenauigkeit erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten und zehnten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Verfahrensgemäß erfolgt das hydromechanische Tiefziehen unter Klemmung des Bleches im Randbereich und unter Verwendung eines Stempels und eines Werkzeuges mit einer Ausnehmung, in welche das Blech einformbar ist.
Erfindungsgemäß formt der Stempel das Blech in die Ausnehmung des Werkzeuges in einer ersten Umformstufe vor, wobei die Formkontur der Ausnehmung der Formkontur des zu erzeugenden Blechformteiles entspricht und zwischen dem Stempel und der Formkontur der Ausnehmung ein Spalt verbleibt. Anschließend erfolgt in einer zweiten Umformstufe die Endformung des Bleches (Hauptkontur) durch zwischen Stempel und Blech eingeleitetes erstes Druckmittel, wodurch das Blech gegen die Formkontur der Ausnehmung des Werkzeuges geformt wird. Die Zuführung des ersten Druckmittels erfolgt dabei bevorzugt durch den Stempel, es ist jedoch auch möglich, dieses durch eine erste Druckmittelzuführung einzuleiten, die sich zwischen Stempel und Blech befindet.
Der Stempel kann eine oder mehrere Nebenkonturen aufweisen, an welche das Blech mittels eines zweiten Druckmittels, welches durch das Unterwerkzeug zugeführt wird, in einer weiteren Umformstufe angeformt wird. Der Stempel behält dabei seine Position bei Abschluss der zweiten Umformstufe bei und kann das Blech mit seiner Stirnfläche gegen den Boden der Vertiefung in Werkzeug klemmen. Der Stempel ist dabei noch in auszuformenden Bereichen des Bleches von der Ausnehmung beabstandet, so dass zumindest ein Ringspalt gebildet wird, in welchen das Druckmittel strömen kann. Alternativ sind durch einen oder mehrere im Werkzeug angeordnete Schneid- und/oder Formstempel zusätzliche Nebenformelemente und/oder Ausschnitte im Blech erzeugbar. Der Randbereich des Bleches wird mittels eines Niederhalters während des Vorformens mit dem Stempel so geklemmt (z.B. gegen eine Anlagefläche des Werkzeuges), dass ein Nachfließen des Blechwerkstoffes aus dem Randbereich möglich ist.
Während des Hydroumformens wird der Randbereich des Bleches druckmitteldicht verpresst. Dies erfolgt entweder durch den Niederhalter oder durch einen am Stempel vorgesehenen Flanschbereich, der den Randbereich des Bleches entsprechend verspannt. Der Randbereich des Bleches wird entsprechend auch während des Umformens des Bleches mittels des zweiten Druckmittels druckmitteldicht verpresst.
Es ist auch möglich, durch das zwischen Stempel und Blech eingeleitete Druckmittel das Blech, einen Hinterschnitt bildend, gegen eine entsprechende Formkontur der Ausnehmung des Werkzeuges zu formen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Ausnehmung auf, deren Formkontur der zu erzeugenden Form des Blechformteiles entspricht. Zwischen dem Stempel und der Formkontur verbleibt nach einer ersten Umformstufe (bei welcher sich das Blech an den Stempel anlegt) und dem Stempel ein Spalt, der auch als Ringspalt ausgebildet sein kann. Für die zweite Umformstufe ist mittels einer ersten Druckmittelzuführung erstes Druckmittel zwischen Stempel und Blech einleitbar, so dass sich das Blech vollständig an die Formkontur der Ausnehmung anlegt. Der Stempel hat dabei bevorzugt eine sich im Längsschnitt in Richtung zum Boden der Ausnehmung verjüngende Form.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist das Blech mittels eines schnellen Stempelhubes vorformbar. Für die Endformung wird nur noch ein geringes Volumen an Hydraulikmedium benötigt, wodurch die Endformung ebenfalls in einer kurzen Zeitspanne erfolgen kann. Insgesamt können die Taktzeiten dadurch wesentlich verringert werden.
Durch das Nachfließen des Bleches während des Vorformens und das flüssigkeitsdichte Klemmen des Bleches während der Endformung kann weiterhin die Rückfederung des Blechformteiles auf ein Minimum reduziert werden, da die Ausformung des Bleches über dessen gesamte eingespannte Fläche erfolgen kann. Die gute Reproduzierbarkeit bei hohen Genauigkeiten und geringen Toleranzgrenzen heben das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft von herkömmlichen Lösungen ab.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Vorrichtung vor dem Umformen mit eingelegtem Blech,
2: Vorrichtung nach Beendigung des Vorformens mit dem Stempel,
3: Vorrichtung nach Beendigung des Endformens mit dem ersten Druckmittel,
4: Vorrichtung mit axial zweigeteiltem Werkzeug und Hinterschnitt,
5: Vorrichtung nach dem Endformen mit dem ersten Druckmittel und Nebenform in Stempel,
6: Vorrichtung nach dem Ausformen der Nebenform im Stempel.
7: Werkzeug nach der zweiten Umformstufe mit einem Form-/Schneidstempel im Werkzeug,
8: Werkzeug mit einem durch den Stempel/Formstempel im Blech erzeugten Nebenformelement,
9: Werkzeug mit einem durch den Stempel/Schneid-Stempel im Blech erzeugten Ausschnitt.
Die Vorrichtung als Prinzipskizze weist gem. 1 bis 6 ein Werkzeug 1 mit einer Ausnehmung 1.1 , einen Stempel 2 und einen Niederhalter 3 auf.
1 zeigt die Vorrichtung vor dem Umformen mit eingelegtem Blech 4. Das Blech 4 wird zwischen Niederhalter 3 und Werkzug 1 in seinem Randbereich geklemmt. Im Stempel 2 ist eine erste Druckmittelzuführung 5.1 vorgesehen, die zur, in Richtung zum Werkzeug 1 weisenden Stirnfläche 2.1 des Stempels 2 führt. Der Stempel 2 weist weiterhin ein Formelement 2.2 und einen Flanschbereich 2.3 auf.
Die Vorrichtung nach Beendigung des Vorformens des Bleches 4 mit dem Stempel 2 ist in 2 dargestellt. Der Stempel 2 hat das Blech 4 in die Ausnehmung 1.1 des Werkzeuges 1 vorgeformt und liegt nun mit seinem Flansch 2.3 auf dem Randbereich des Bleches 4 druckmitteldicht auf. Das Blech 4 hat sich an das Formelement 2.2 des Stempels 2 angelegt. Da die Tiefe h1 der Ausnehmung 1.1 des Werkzeuges 1 größer ist als die Höhe H2 des Formelementes 2.2 des Stempels 2 und sich der Stempel in Richtung zu seiner Stirnfläche 2.1 verjüngt, ist zwischen dem Blech 4 und der Unterseite der Ausnehmung 1.1 ein Spalt S vorhanden. Nun wird über die erste Druckmittelzuführung 5.1 erstes Druckmittel D1 zwischen das Formelement 2.2 des Stempels 2 und das Blech 4 geleitet. Dadurch hebt sich das Blech 4 vom Stempel 2 ab und wird gegen die Ausnehmung 1.1 des Werkzeuges 1, welche eine Formkontur aufweist, die der herzustellenden Form des Bleches entspricht, geformt (3). Abschließend wird der Stempel 2 zurückgefahren (nicht dargestellt) und das umgeformte Blech aus dem Werkzeug entnommen und das (flüssige) Druckmittel daraus entfernt.
Gem. 4 ist das Werkzeug mit der Ausnehmung 1.1 axial in zwei Hälften 1a, 1b, geteilt und weist einen Hinterschnitt 6 auf, gegen welchen das Blech 4 durch das zweite Druckmittel D2 geformt wurde. Beide Hälften werden zur Entnahme des umgeformten Bleches 4 in Pfeilrichtung voneinander entfernt. Das Formelement 2.2 des Stempels 2 hat in etwa die gleiche Hohe wie die Ausnehmung 1.1 des Werkzeuges 1 und druckt daher mit seiner Stirnfläche 2.1 das Blech gegen den Boden der Ausnehmung 1.1. Es ergibt sich somit nach der zweiten Umformstufe ein Ringspalt S1, in welchen die erste Druckmittelzuführung 5.1 hier in zwei Kanälen radial nach außen mündet.
Gem. 5 liegt der Stempel 2 nach Durchführung des Vorformens und Endformens ebenfalls mit seiner Stirnfläche 2.1 am Boden des Bleches 4 an und weist in seiner Stirnfläche 2.1 eine zurückgesetzte Nebenform 2.4 auf. Unter den Bereich der Nebenform 2.4 führt im Werkzeug 1 eine zweite Druckmittelzuführung 5.2. Durch diese zweite Druckmittelzuführung wird nun zweites Druckmittel D2 gegen die Unterseite des Bleches 4 im Bereich der Nebenform 2.4 des Stempels 2 geführt, so dass sich das Blech 4 an die Nebenform 2.4 des Stempels 2 anlegt.
Gem. 4 und 5 erfolgt hier die Zuführung des ersten Druckmittels 5.1 über eine erste Druckmittelzuführung 5.1, die zwischen Blech 4 und Flanschbereich 2.3 des Stempels 2 reicht.
Gem. 7 ist im Werkzeug 1 ein axial bewegbarer Schneid- und/oder Formstempel 6 zur Erzeugung zusätzliche Nebenformelemente und/oder Ausschnitte im Blech 4 angedeutet. 8 zeigt die Vorrichtung nach Beendigung der zwei Umformstufen und dem Erzeugen eines Nebenformelementes im Bodenbereich des Bleches 4 durch einen Formstempel 6. Der Formstempel 6 kann dabei während der beiden ersten Umformstufen mit dem Boden der Ausnehmung fluchten und anschließend unter Aufrechterhaltung des Druckes des Druckmediums eine Bewegung in Richtung zum Stempel vollführen und so das Nebenformelement erzeugen. Gem. 9 ist es auch möglich nach den beiden ersten Umformstufen durch eine Vor- und/oder Ruckhubbewegung eines Schneidstempels 6 einen Ausschnitt im Blech 4 zu erzeugen. Vollführt der Schneidstempel 6 dabei eine Rückhubbewegung und ist die dadurch freiwerdende Bohrung 6.1 mit einem Kanal 7 verbunden kann darüber das nun entspannte Druckmittel nach öffnen eines nicht dargestellten Ventils abfließen bzw. abgesaugt werden.

Claims

Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech, wobei das Blech im Randbereich geklemmt wird, unter Verwendung eines Stempels und eines Werkzeuges mit einer Ausnehmung, in welche das Blech einformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – In einer ersten Umformstufe der Stempel das Blech in die Ausnehmung/Gravur des Werkzeuges vorformt, wobei die Formkontur der Ausnehmung/Gravur der Kontur des zu erzeugenden Blechformteiles entspricht und zwischen dem Stempel und der Formkontur der Ausnehmung/Gravur ein Spalt verbleibt, – und dass anschließend in einer zweiten Umformstufe durch zwischen Stempel und Blech eingeleitetes erstes Druckmittel das Blech gegen die Formkontur der Ausnehmung/Gravur des Werkzeuges geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckmittel durch den Stempel eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckmittel durch eine zwischen Stempel und Blech angeordnete Druckmittelzuführung eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine Nebenkontur aufweist, an welche das Blech mittels eines zweiten Druckmittels, welches durch das Unterwerkzeug zugeführt wird, unter Beibehaltung der Position des Stempels, in einer zusätzlichen Umformstufe angeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen oder mehrere im Werkzeug angeordnete Schneid- und/oder Formstempel zusätzliche Nebenformelemente und/oder Ausschnitte im Blech erzeugbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich des Bleches mittels eines oder mehrere Niederhalter während des Vorformens so geklemmt wird, dass ein Nachfließen des Blechwerkstoffes aus dem Randbereich möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformens des Bleches mittels des ersten Druckmittels der Randbereich des Bleches druckmitteldicht verpresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformens des Bleches mittels des zweiten Druckmittels der Randbereich des Bleches druckmitteldicht verpresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwischen Stempel und Blech eingeleitetes Druckmittel das Blech, einen Hinterschnitt bildend, gegen die Formkontur der Ausnehmung/Gravur des Werkzeuges geformt wird.
Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das Blech im Randbereich geklemmt wird, unter Verwendung eines Stempels und eines Werkzeuges mit einer Ausnehmung, in welche das Blech einformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Formkontur der Ausnehmung/Gravur der Kontur des zu erzeugenden Blechformteiles entspricht und zwischen dem Stempel und der Ausnehmung/Gravur nach einer ersten Umformstufe mit dem Stempel ein Spalt verbleibt und dass – bei einer zweiten Umformstufe mittels einer ersten Druckmittelzuführung erstes Druckmittel zwischen Stempel und Blech einleitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckmittelzuführung im Stempel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckmittelzuführung zwischen Stempel und Blech angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine Nebenkontur aufweist und dass mittels einer zweiten Druckmittelzuführung zweites Druckmittel zwischen Unterwerkzeug und Nebenkontur zuleitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere, zusätzliche Nebenformelemente und/oder Ausschnitte im Blech erzeugbare, Schneid- und/oder Formstempel im Werkzeug angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich des Bleches mittels eines oder mehrerer Niederhalter klemmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformens des Bleches mittels des Druckmittels der Randbereich des Bleches druckmitteldicht verpressbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine, einen Hinterschnitt aufweisende Formkontur aufweist und axial in mindestens zwei Hälften geteilt ist.