DE2127367B2

DE2127367B2 - Vorrichtungen zum tiefziehen von schalen mit sich verjuengenden seitenwaenden aus duennem metallblech oder folie

Info

Publication number: DE2127367B2
Application number: DE19712127367
Authority: DE
Inventors: Clifford Frank Banbury Oxfordshire Page (Großbritannien)
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1970-06-02
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1977-03-03
Also published as: DE2127367A1; DK148198C; AR196059A1; FR2093984A1; DK148198B; US3724247A; FR2093984B1; GB1349059A; JPS5138674B1; DE7030191U; CH553601A; ZA713343B; CA943013A

Description

)ie Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Tiefziehen ι Schalen mit sich zum Boden hin verjüngenden tenwänden aus dünnem Metallblech oder Folie, tehend aus einer Hohlform und einem Stempel, bei beide Werkzeughälften der Werkstückform sprechend verjüngt sind und in einer umlaufenden mehmung einer Werkzeughälfte ein über die ;rfläche der Werkzeughälfte hinausragendes, die ie oder das dünne Blech von Anbeginn an gegen die ;rfläche der anderen Werkzeughälfte drückendes !element aus nachgiebigem Material eingelassen ist.

Die dünnen Bleche oder Folien können neber anderen geeigneten Metallen aus Aluminium odei seinen Legierungen bestehen und gegebenenfalls mil einer Kunststoffschicht, z.B. aus Polyäthylen odei Polypropylen bedeckt sein. Die Metallbleche haben ir der Regel eine Dicke von 0,005 bis 2^ mm, wobei zui Fertigung von schalenförmigen Gegenständen, wie Schachteln und Büchsen, häufig Blechdicken von 0,01 bis 0,9 mm vorgesehen werdea Damit der Inhalt solchei ίο Behälter leicht entnommen werden kann, sich die Behälter einfach stapeln lassen und ein ansprechende: Aussehen besitzen, reicht es im aligemeinen aus, der Seitenwänden einen Neigungswinkel von 3° bis 5° zn geben, doch wird für gewisse Anwendungszwecke auch ein größerer Neigungswinkel bis zu 13° gefordert Die Schalentiefe liegt gewöhnlich zwischen 2J5 und 7,5 cm.

Beim Tiefziehen von Leichtmetallblechen mit der oben angegebenen Dicke ist es wesentlich, die Seitenwände zwischen Stempel und Hohlform festzuhalten, damit ein Zerknittern der Seitenwände vermieden wird. Beim Tiefziehen von Schalen mit senkrechten Seitenwänden besteht diesbezüglich keine Schwierigkeit da das Blech zwischen Hohlraum und Stempel stets eingeschlossen ist. Versucht man jedoch, dünnes

Metallblech mit einem Stempel tiefzuziehen, dessen Abmessung kleiner als die Ziehkante der Hohlform ist, so daß zwischen Hohlform und Stempel ein mehr oder minder großer Spalt vorliegt und damit die Seitenwände der Schalen nicht an allen Stellen abgestützt sind, so besteht eine Neigung zur Faltenbildung der Seitenwände, wenn der Abstand zwischen Stempel und Hohlform bei einem weichen Metall, wie Aluminium, die 5fache Blechdicke oder bei einem härteren Metall die doppelte Blechdicke überschreitet.

In Anbetracht dieses Umstandes ist schon bekannt, das Tiefziehen von Schalen mit sich zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden in einem zweistufigen Prozeß durchzuführen. In der ersten Stufe wird ein Vorformling mit senkrechten Seitenwänden hergestellt, der in der nachfolgenden Stufe durch Ziehen mit Gummikissen in die gewünschte Verjüngung umgeformt wird. Diese Vorgehensweise ist arbeitsaufwendig und mit einem relativ hohen apparativen Aufwand verbunden.

Auch wurde schon in der US-PS 33 44 646 eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Schalen mit sich verjüngenden Seitenwänden aus dünnem Metallblech vorgeschlagen, bei der die Formung der Schale in einem einstufigen Prozeß stattfindet. Zu diesem Zweck wird das Metallblech auf einen starren, konisch gestalteten Stempel gelegt, während in der Hohlform selbst ein Ring mit U-förmigen Querschnitt aus Polyamid oder Polytetrafluorethylen eingesetzt ist, der auf die äußere Oberfläche des Metallblechs von Beginn des Tiefzieh-Vorganges an einen glättenden Druck ausübt. Da der U-förmige Ring nahe der Ziehkante der Hohlform die größten Verformungen erfährt, ist an dieser Stelle auch die vom Ring auf das Metallblech ausgeübte Druckkraft am größten, d. h. sie nimmt an den weiter innerhalb der Hohlform liegenden Ringbereichen allmählich ab. Beim Einziehen des Metallbleches in die Hohlform gleitet weiter das Metallblech längs des U-förmigen Ringes, was zur Folge hat, daß nur relativ geringe Druckkräfte seitens des Ringes aufgebracht werden können. Würde nämlich auf die äußere Oberfläche des Metallbleches durch den Ring ein zu großer Druck ausgeübt, so würden infolge der besagten Relativbewegung Reibungskräfte solchen Ausmaßes entstehen, daß diese

alleine ausreichten, um das Metallblech zu zerreißen. Selbst bei Vorsehen eines Ringes aus einem der besagten, selbstschmierende Eigenschaft besitzenden Kunststoffe ist daher der die glättende Wirkung ausübende Druck des Ringes Begrenzungen unterworfen, do daß sich mit einer solchen Vorrichtung nur Schalen aus dünnem Metallblech engbegrenzter Konfiguration fertigen lassen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde. Vorrichtungen der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit denen sich in einem einstufigen Tiefziehvorgang Bleche mit einem sehr unterschiedlichen Wanddickenbereich und aus einer Vielzahl von Metallen ohne weiteres zu Schalen der in Rede stehenden Konfiguration formen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauelement aus nachgiebigem Material in der Wand des Stempels vorgesehen ist und zwar in Form eines kompakten Gummiringes mit konischen Querschnitt, der in einer entsprechend konisch gestalteten Ausnehmung im Stempel eingelegt ist

Der erfindungsgemäß im Stempel angeordnete kompakte Gummiring mit konischem Querschnitt verhält sich während des Tiefziehvorganges wie ein hydraulisches Polster, so daß das tiefzuziehende *s Metallblech oder die Folie mit einem im wesentlichen homogen verteilten Druck gegen die benachbarte Wand der Hohlform gedrückt wird. Da der Gurruniring im Stempel und zwar in einer darin ausgebildeten Ausnehmung eingelegt ist. findet während des Tiefziehens zwischen Gummiring und Metallblech keine Relativbewegung statt und treten demzufolge auch keine Reibungskräfte auf, die das Blech zerreißen könnten. Bei der Erfindung wird somit die Eigenschaft von Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen ausgenutzt, unter Druck wie eine Hydraulikflüssigkeit zu fließen, wobei nach Aufhebung des Druckes diese Werkstoffe wieder ihre ursprüngliche Gestalt annehmen. Um ein freies Fließen des Gummis sicherzustellen, ohne daß Falten auftreten, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß in der konischen Ausnehmung ein freier Ausdehnungsraum radial innerhalb des Gummiringes vorgesehen ist. In den Ausdehnungsraum kann sich das druckbeaufschlagte Gummi hineinerstrecken und dabei auf die Oberfläche des Metallbleches einen quasi hydraulischen bzw. elastohydraulischen Druck ausüben.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung steht der Gummiring in Eingriff mit einem axial verschiebbaren und unter einen bestimmten axialen Druck setzbaren Gleitelement. Bei Eindringen des Stempels in den Hohlraum gibt das unter der Wirkung von Federn stehende Gleitelement nach oder wird auf den Gummiring schon vor Eindringen des Stempels in den Hohlraum ein bestimmter axialer Druck ausgeübt.

Eine nebengeordnete Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß das Bauelement aus nachgiebigem Material in der Wand des Stempels vorgesehen ist und als unter Druck eines Hydraulikfluids stehender und mit diesem gefüllter Mantel ausgebildet ist.

Dabei kann gemäß einer Weiterbildung dieser Vorrichtung der Mantel am Ende des Stempels befestigt sein, wobei das Hydraulikfluid mit einer eingeschlossenen Gasmasse in Verbindung steht, und der Durchmesser der Seitenwände des Mantels ohne Druckbeaufschlagung durch das Werkstück der Abmessung der Eintrittsöffnung der Hohlform entspricht.

Ausfuhrungsformen der Erfindung werden nachfol gend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht von einer erstei Ausführungsform eines Stempels für die erfindungsge mäße Vorrichtung,

Fig.2 eine geschnittene Ansicht von einer anderer Ausführungsform eines Stempels,

Fig.3 eine geschnittene Ansicht von einer mit dei Stempeln nach F i g. 1 und 2 zusammenwirkender Hohlform,

Fig.4 eine geschnittene Ansicht von einer mit einen Stempel nach F i g. 1 ausgestatteten Tiefziehvorrich tung,

F i g. 5 eine geschnittene Ansicht von zwei weiterer Ausführungsformen von Stempeln und,

F i g. 6 eine geschnittene Ansicht durch eine weiter« Ausführungsform für einen Stempel.

Die Bodenwand 2 der in F i g. 3 gezeigter Hohlform 1 geht über eine abgerundete Ecke 3 in eine unter einem Winkel von etwa 4° geneigte Seitenwand 4 über. An der Formöffnung ist eine in eine geneigte Fläche 6 übergehende Ziehkante 5 ausgebildet.

Am Kopfende 11 des in Fig. 1 und 2 gezeigten Stempels ist eine ebene Fläche 12 vorgesehen, die über eine abgerundete Ecke in eine schräg verlaufende Seitenwand 14 übergeht. Der Durchmesser der Fläche 12 ist etwas kleiner als die Bodenwand 2 der Hohlform und der Verjüngungswinkel der Seitenwand 14 des Stempels entspricht demjenigen der Seitenwand 4 der Hohlform.

In die Seitenwand 14 des Stempels ist eine konisch oder V-förmig gestaltete Ausnehmung 15 eingeschnitten, die im wesentlichen die gesamte Länge der Seitenwand einnimmt. In diese Ausnehmung ist ein V-förmiger oder konischer Gummiring 16 mit einer äußeren Oberfläche 17 angeordnet, die im normalen Zustand im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die öffnung der Hohlform 1 hat. Ein Ausdehnungsratini 18 zwischen dem inneren Umfang des Gummiringes 16 und dem Boden der Ausnehmung ermöglicht ein Fließen des Gummis, wenn dieses einem Druck seitens des Metalibleches bzw. Hohlraums ausgesetzt wird. Bei dieser Anordnung befindet sich die abgerundete Kante 17a des Gummiringes 16 in nur geringem Abstand hinter der Fläche 12 des Stempelendes und bildet zuerst die Umfangskante des Stempelendes. An dieser Kante 17a beginnt das Tiefziehen des Metallbleches. Das für den Gummiring 16 verwendete Material sollte abriebfest und weitgehend selbstschmierend sein. Ein Material, das zur Herstellung von Schalen aus Aluminium eingesetzt werden kann, hat beispielsweise die folgenden Eigenschaften:
Härte 92

Zugfestigkeit 387 kp/cm²
Modul bei 200% 84,4 kp/cm*
Dehnungsgrenze 6OO^c/o.

Polyurethan besitzt Eigenschaften in diesem Umfang. Dieses Material wäre für weiche Aluminiumfolien zu hart und für härteres und zäheres Metall nicht hart genug. Das für den Stempel verwendete gummiartige Material muß je nach der von der Hohlform durchzuführenden Aufgabe ausgewählt werden.

Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß der Gummiring 16 zwischen einem Kopfstück 11 und einem ringförmigen Element lla durch Einschrauben des Kopfstückes 11 in das Grundteil üb des Stempels eingespannt wird. Durch Anziehen des Kopfstückes 11 kann daher der Gummiring 16 vorgespannt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist anstelle des Gummiringes 16 von F i g. 1 ein mit einem Ölversorgungskanal 2t in Verbindung stehender Einsatz 20 vorgesehen. Mit dem Einsatz 20 ist ein elastischer Mantel 22 verbunden, dessen Umfang sich S zwischen der durch gestrichelte Linien angedeuteten Ausgangsstellung und der durch ausgezogene Linien angedeuteten Arbeitsstellung hin- und herbewegen kann. Das öl steht unter Druck.

Die Hohlform nach Fig.3 und der Stempel nach F i g. 1 sind in F i g. 4 zu einer ansonsten herkömmlichen Tiefziehvorrichtung miteinander kombiniert Die Tiefziehvorrichtung gemäß F i g. 4 dient für die Herstellung von Schalen mit sich verjüngenden Seitenwänden aus einem kontinuierlichen streifenförmigen Material mit hoher Geschwindigkeit, wobei aus dem streifenförmigen Material zunächst ein ebener Zuschnitt ausgestanzt wird, der anschließend dem Tiefziehvorgang unterworfen wird. Die gebildete Schale wird schließlich noch abgegratet.

Die rechte Hälfte von F i g. 4 zeigt die Teile der Tief zieh vorrichtung in ihrer Ausgangsstellung und die linke Seite von F i g. 4 in ihrer untersten eingenommenen Arbeitsstellung.

Der Stempel It. 116 ist an einer Bodenplatte 30 befestigt, an der auch ein Stanzgesenk 31 angeordnet ist Zwischen Stempel 11,11 b und Stanzgesenk 31 befindet sich ein Blechhalter 32, der durch federbeaufschlagte Stifte 33 nach oben gedrückt wird, wobei die Stifte gegen eine am Blechhalter 32 ausgebildete Schulter drücken. Des weiteren befindet sich zwischen Stempel und Stanzgesenk ein Schneidwerkzeug 34. Die gegenüber F i g. 3 etwas abgeänderte Hohlform 1 ist innerhalb eines an einer oberen Platte 36 befestigten Stanzstempels 35 angebracht und wird von einer federnd zusammendrückbaren Scheibe 37 abgestützt. Ein Auswerfer 38 ist innerhalb der Hohlform 1 und ein federbeaufschlagtes Abstreifelement 39 um den Stanzstempel 35 vorgesehen. Die erste Wirkung bei Abwärtsbewegung der Platte 36 besteht somit im Ausstanzen einer Scheibe, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des Stanzgesenkes 31 entspricht diese Scheibe wird dann zwischen dem Stanzstempel 35 und dem Blechhalter 32 festgehalten, wenn Hohlform 1 und Stempel 11,116 in der bereits beschriebenen Weise zusammenwirken.

In der Ausfuhrungsform nach Fig. 5 weist der Stempel einen zentralen Schaft 40 mit einem Kopf 41 auf. Der Kopf 41 hat eine geneigte untere Oberfläche 42, weiche auf einer entsprechend geneigten Oberfläche 33 eines Gummiringes 44 aufliegt Der Gummiring 44 hat eine weitere geneigte Oberfläche 45. die auf einer Oberfläche 46 von einem Gleitelement 47 ruht Das Gleitelement wird durch Federn 48 axial nach oben gedruckt und konzentrisch am den Schaft 40 gehalten. indem sein hinteres Ende 49 mit einer stationären Führung 50 in Eingriff steht Das Ende 49 des Gleitelementes 47 ist gemäß der rechten Seite von

F i g. 5 an der Außenseite der Führung 50 verschiebbar. Wahlweise kann das Gleitelement 47' auch ein innerhalb einer Bohrung in der Führung 50' geführtes Ende 49' haben, wie dies auf der linken Seite von Fi g. 5 dargestellt ist.

Das Gummi am oberen Ende des Gummiringes 44 wird progressiv in radialer Richtung in die durch die radial zusammenlaufenden Oberflächen 42 und 46 gebildete Ausnehmung gedrückt, wenn es sich in eine Hohlform mit verjüngten Seitenwänden hineinbewegt Die so auftretende Keilwirkung führt zu einer axialen Verschiebung des Gleitelementes 47 gegen die Vorspannkraft der Feder 48.

Bei allen Stempeln gemäß F i g. 1,2,4 und 5 kann das Ende des Stempels in bekannter Weise entlüftet werden, um die Trennung des Stempels von der Schale beim Zurückziehen des Stempels zu erleichtern.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 besteht das Ende des Stempels aus einem dickwandigen Mantel

60 aus Polyurethan. Die Wanddicke kann z. B. 63 mm betragen. Der Mantel ist an der Grundplatte 61 des Stempels durch einen Gewindering 63 befestigt der vor einem relativ zur Grundplatte 61 drehbaren Hohlstift 64 gehalten ist.

Der Mantel 60 weist einen zwischen dem Gewindering 63 und einer trichterförmigen Fläche 66 der Grundplatte 61 gehaltenen verdickten Bereich 65 auf. Der Raum innerhalb des Mantels 60 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt welche über Kanäle 67 im Stift 64 mit einer Gasmasse im Raum in der Grundplatte

61 in Verbindung steht

Der Mantel 60 hat solche Abmessungen, daß der Durchmessser seiner Seitenwände durch die Druckwirkung der Gasmasse etwa gleich dem öffnungsdurchrnesser der Hohlform wird.

Da der unter Druck stehende Mantel 60 ohne eine Verstärkung ausgewölbt vorliegen würde, ist ein starres Teil 68 mit einem Gewindebereich vorgesehen, der eine Mutter 69 trägt Das Teil 68 ist im Stift 64 verschiebbai angeordnet und wird durch gegen einen Anschlagrin§ 71 nach unten drückende Tellerfeder 70 nach unter vorgespannt Der Stempel wird durch einen Kanal 72 irr Teil 68 und über ein daran befestigtes Rohr 73 entlüftet Der Durchmesser des Teiles 68 ist deutlich kleiner al; der Durchmesser des Mantels 60. Bei Eindringen de; Mantels 60 in die Form und entsprechender Abnahm« seines Durchmessers hebt sich das Teil 68 in bezug au die Grundplatte 61 an. wodurch die Tellerfeder 7( zusammengedrückt wird. Auf diese Weise wird eil Ausdehnungsraum geschaffen, in den verdrängte! Mantelmaterial fließen kann.

Die vorausgehend erläuterten Stempel und Tiefzieh vorrichtungen sind zum Tiefziehen von Schalen mi kreisförmigem Querschnitt ausgebildet Es lassen sid jedoch in gleicher Weise Vorrichtungen zum Tiefziehei länglicher und rechwinkliger Schalen sowie Schalen mi Vertiefungen aufbauen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Tiefziehen von Schalen mit sich zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden aus dünnem Metallblech oder Folie, bestehend aus einer Hohlform und einem Stempel, wobei beide Werkzeughälften entsprechend verjüngt sind und in einer umlaufenden Ausnehmung einer Werkzeughälfte ein über die Oberfläche der Werkzeughälfte hinausragendes, die Folie oder das dünne Blech von Anbeginn an gegen die Oberfläche der anderen Werkzeughälfte drückendes Bauelement aus nachgiebigem Material eingelarsen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement aus nachgiebigem Material in der Wand des Stempels vorgesehen ist und zwar in Form eines kompakten Gummiringes (16; 44) mit konischem Querschnitt, der in einer entsprechend konisch gestalteten Ausnehmung (15; 45) im Stempel eingelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der konischen Ausnehmung (15) ein freier Ausdehnungsraum (18) radial innerhalb des Gummiringes (16) vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummiring (44) in Eingriff mit einem axial verschiebbaren und unter einen bestimmten axialen Druck setzbaren Gleitelement (47,47') steht

4. Vorrichtung zum Tiefziehen von Schalen mit sich zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden aus dünnem Metallblech oder Folie, bestehend aus einer Hohlform und einem Stempel, wobei beide Werkzeughälften der Werkstückform entsprechend verjüngt sind und in einer umlaufenden Ausnehmung einer Werkzeughälfte ein über die Oberfläche der Werkzeughälfte hinausragendes, die Folie oder das dünne Blech von Anbeginn an gegen die Oberfläche der anderen Werkzeughälfte drückendes Bauelement aus nachgiebigem Material eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement aus nachgiebigem Material in der Wand des Stempels vorgesehen ist und als unter Druck eines Hydraulikfluids stehender und mit diesem gefüllter Mantel (22; 60) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (60) am Ende (66) des Stempels (61) befestigt ist, wobei das Hydraulikfluid mit einer eingeschlossenen Gasmasse in Verbindung steht, und daß der Durchmesser der Seitenwände des Mantels ohne Druckbeaufschlagung durch das Werkstück der Abmessung der Eintrittsöffnung der Hohlform (1) entspricht.