DE69200391T2

DE69200391T2 - Blechformung und Verfahren.

Info

Publication number: DE69200391T2
Application number: DE69200391T
Authority: DE
Inventors: Frederick Beverley Morlan Page; Nicholas Harry Wilkins
Original assignee: Lawson Mardon Sutton Ltd
Current assignee: Impress Sutton Ltd
Priority date: 1991-07-20
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: IE922271A1; CA2073595A1; EP0530956B1; CA2073595C; US5205146A; ES2064147T3; DK0530956T3; GB2258181A; DE69200391D1; EP0530956A1; ATE110995T1; GB9214579D0; GB9115717D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blechbearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Bearbeiten von Blech.
Die Erfindung kann für die Bearbeitung von Containern oder anders geformten Gegenständen, wie z.B. Kfz- Karosserieteilen, verwendet werden. Die Erfindung ist für jedes kalt formbare Material geeignet, wie z.B. Stahl und Aluminiumlegierungen.
Bei der Bearbeitung hohler Gegenstände, die über keinen gleichmäßigen Querschnitt verfügen oder winklige Seiten aufweisen, kommt es zu Problemen durch Faltenbildung in Metall, das mit einem Prägestempel bearbeitet wird. Diese Probleme sind besonders akut beim Ziehen und Formen von dünnem Stahlblech.
Falten können beispielsweise beim Ziehen und Formen eines Metallwanne mit konischen Seiten entstehen. Das Problem der Faltenbildung in diesem Bereich wird in der GB- A-1349059 in bezug auf Aluminiumblech betrachtet. Gemäß diesem Dokument ist ein Verfahren zum Entfernen von Falten bei der Herstellung eines hahlen Gegenstands mit konischen Seiten bekannt. Dabei wird ein konischer Prägestempel verwendet und die Matrize mit einem elastisch flexiblen Ring ausgestattet. Dieses Verfahren ist jedoch in Zusammenhang mit sehr dünnem Metall, das heute unter Anwendung von Tiefziehverfahren hergestellt wird, nicht zufriedenstellend.
Die GB-A-1349059 offenbart eine wirkungsvollere Anordnung, bei der am Kopf des Prägestempels ein Ring aus elastisch verformbarem Material montiert ist. Der Ring paßt genau in die Fassung eines in der Matrize gehaltenen hohlen Werkstücks, paßt sich jedoch der konischen Form der Matrize an. Diese Anordnung ist bei der Faltenentfernung weitaus effektiver.
Ein Problem in Zusammenhang mit dieser Anordnung besteht darin, daß der verformbare Ring unter Druck gesetzt werden muß und daß eine genaue Kontrolle der Druckkraft erforderlich ist. Zuviel oder zuwenig Elastizität führt zu einem schlecht bearbeiteten Gegenstand. Die GB-A-1349059 offenbart verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Druck.
Mit dieser Anordnung ist es in der Praxis schwierig, den Druck im Bereich der Vorrichtung für eine effektive Produktion von nichtrunden Gegenständen zu variieren und zu steuern.
Wenn der Druck nicht mehr kontrolliert zu werden bräuchte, dann würde dies die Herstellung eines Prägestempels vereinfachen und eine genaue Einstellung der Druckkraft wäre nicht mehr notwendig.
Die GB-A-2145962 behandelt auch das Problem in Zusammenhang mit der Faltenbildung. Auch hier wird ein elastischer Ring verwendet, der eine speziell kontrollierte Form aufweist, wobei sich zwischen dem Ring und einem massiven Kern ein Hohlraum befindet, der verformtes Material des elastischen Rings aufnimmt. Für die Funktion dieser Anordnung ist eine äußerst sorgfältige Fertigung und Montage erforderlich.
In der GB-A-2145962 wird die Herstellung von Wannen mit rundem Querschnitt beschrieben. Das Problem in Zusammenhang mit der Faltenbildung ist hier nicht so ausgeprägt wie bei der Herstellung von nichtrunden Hohlgegenständen. Die Schaffung eines Hohlraums zwischen dem Ring und dem Kern reicht nicht aus, um das Faltenbildungsproblem in Verbindung mit rechteckigen oder komplexer geformten Hohlgegenständen zu lösen.
Die JP-A-62279034 offenbart ähnliches wie die GB-A- 2145962.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile der GB-A-13490569 und der GB-A-2145962 und ermöglicht die Herstellung nichtrunder Artikel mit verbesserter Glätte, wobei es selbst an den Ecken der Gegenstände zu keiner Faltenbildung kommt.
Die Erfindung überwindet die Faltenbildungsprobleme beim Kaltformen rechteckiger oder ungleichförmiger Gegenstände, wie sie beispielsweise in der Kfz-Industrie benötigt werden. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung die Kaltformung eines Hohlgegenstands, dessen Seitenwand umfangsmäßig Stufen aufweist.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß Anspruch 1 einen Prägestempel zum Bearbeiten eines Hohlgegenstands in einer Matrize vor und gemäß Anspruch 9 ein Verfahren zur Vermeidung von Faltenbildung in einem durch Kaltformen aus Blech gebildeten Gegenstand. In beiden Ansprüchen basiert der einleitende Teil auf der GB-A-2145962 bzw. der JP-A- 62279034.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Aufriß einer Vorrichtung bestehend aus einem Prägestempel und einer Matrize, wobei der Prägestempel während eines Kaltformungsprozesses in die Matrize eintritt;
Fig. 2 die Vorrichtung in vollständigem Eingriff mit der Matrize, wobei sich in der Matrize ein kaltgeformter Hohlgegenstand befindet;
Fig. 3 eine Drauf sicht auf einen Kopfteil des Prägestempels; und
Fig. 4 einen Querschnitt des Kopfteils.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung mit einem Prägestempel 11 und einer Matrize 12 dargestellt. Die Matrize weist einen Hohlraum 13 mit rechteckigem Querschnitt und einem flachen Boden 14 und konischen Seiten 15 auf, so daß die Öffnung 16 in einer ebenen Oberfläche 17 der Matrize größer ist als der flache Boden 14.
Der Prägestempel 11 umfaßt ein Gehäuse 20, das ein starrer Block mit rechteckigem Profil ist. Das Gehäuse 20 weist in der Mitte eine Gewindebohrung 21 auf, die von einer Öffnung auf der einen Seite 22 in eine zentrale Aussparung 23 auf der gegenüberliegenden Seite 24 verläuft. Zwischen der Bohrung 21 und der Aussparung 23 befindet sich ein Ansatz 25.
In einem rechteckigen Kopfteil 30 des Prägestempels befindet sich ebenfalls eine Bohrung 31, die auf die Aussparung 23 ausgerichtet ist und den gleichen Durchmesser hat wie die Aussparung. Eine Vertiefung 32 an der Vorderseite 33 des Kopfteils begrenzt einen in der Bohrung 31 des Kopfteils befindlichen Ansatz 34. Eine starre Hülse 40 verläuft durch die Bohrung 31 des Kopfteils und durch die Aussparung 23 und richtet den Kopfteil quer auf dem Gehäuse 20 aus. Die Hülse weist einen in der Vertiefung 32 aufgenommenen, ausgedrehten Flansch 41 auf, der an den von der Vertiefung begrenzten Ansatz 34 stößt. Der Kopfteil 30 ist mit einem Bolzen 50 mit einem Gewindeschaftabschnitt 51 und einem Bolzenkopf 52 an dem Gehäuse 20 befestigt. Der Bolzen paßt genau in die Hülse 40 und der Schaft 51 ist in die Gewindebohrung 21 des Gehäuses eingeschraubt, wobei der Bolzenkopf 52 des Bolzens in einen Ansatz 43 in der Hülse 40 eingreift, um das Gehäuse und der Kopfteil des Prägestempels zu verbinden. Der Bolzenkopf 52 weist eine Aussparung mit Längskeilen 53 auf, die ein Drehen des Bolzens mit Hilfe eines in den Bolzenkopf eingefügtes Werkzeuges (nicht abgebildet) zulassen.
Der Kopfteil 30 des Prägestempels verfügt über einen an das Gehäuse angrenzenden hinteren Abschnitt 35, der die gleichen Quermaße aufweist wie das Gehäuse, so daß die Umfangsseite mit der des Gehäuses gleichläuft. Der vordere Abschnitt 36 des Kopfteils ist konisch, wobei die Querschnittsfläche zur Vorderseite 33 hin kleiner wird.
Der Verjüngungswinkel ist kleiner als der der Seite 15 des Hohlraums 13 der Matrize 12. Wie in Fig. 1 dargestellt, paßt die Vorderseite 33 des Kopfteils 30 genau in die Öffnung 16 der Matrize, wobei sich ein Metallwerkstück 60 zwischen dem Kopfteil und der Matrize befindet.
Der Kopfteil 30 besteht aus einem massiven Block aus einem Elastomer wie z.B. Polyurethan. Der Kopfteil ist elastisch verformbar und verformt sich, wenn der Kopfteil im Zuge eines Formungsprozesses in den Matrizenhohlraum gedruckt wird.
Bei einem Formungsprozeß wird ein Werkstück 60 aus Blech über die Öffnung 16 des Matrizenhohlraums gelegt, der Prägestempel 11 wird vorbewegt und greift in die Matrize ein. Die auf das Werkstück im Zuge eines Einklemmvorgangs einwirkende Kraft des Prägestempels bewirkt ein Formen und Ziehen des Werkstücks. Der Rand 61 des Werkstücks wird während des Ziehvorgangs an der ebenen Oberfläche 17 der Matrize festgeklemmt.
Die Vorrichtung kann in einer herkömmlichen Presse zum Auslösen einer Relativbewegung des Prägestempels und der Matrize, zum Festklemmen des Werkstücks und zum Zustellen von Werkstücken und Ausgeben von bearbeiteten Gegenständen montiert werden. Die Presse könnte beispielsweise von der in dem britischen Patent Nr. 1349059 (hierin als Referenz erwähnt) offenbarten Art sein, ist jedoch nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Während des Ziehens und Formens kommt es in dem Werkstückmaterial infolge einer ungleichmäßigen Druckeinwirkung auf das Werkstück zur Faltenbildung. Die vorliegende Erfindung überwindet dieses Problem, da in dem Kopfteil 30 des Prägestempels voneinander beabstandete Spalte 70 vorhanden sind, die es dem Material des Kopfteils ermöglichen, in die Spalte zu fließen, während auf den Kopfteil Druckkräfte einwirken. In Fig. 2 greift der Kopfteil 30 vollständig in den Hohlraum 13 ein, um aus dem Werkstück einen Gegenstand 63 zu formen; dabei sind die Spalte 70 teilweise verschlossen.
Jeder Spalt 70 ist eine in dem Kopfteil 30 ausgebildete Bohrung, die in diesem Beispiel von dem hinteren Abschnitt 38 axial zum Prägestempel verläuft. Die Spalte 70 enden kurz vor der Vorderseite 33.
Fig. 3 zeigt die Spalte 70 gleichmäßig um die zentrale Bohrung 31 des Kopfteils verteilt und gleichmäßig von der Umfangswand des Kopfteils beabstandet.
Die Spalte modifizieren denEinsturz des Kopfteils in ausgewählten Bereichen des Kopfteils, so daß faltenlose, komplexe Formen gebildet werden können, da die Spalte so positioniert werden, daß je nach Bedarf Bereiche mit höherer oder niedrigerer Steifigkeit vorhanden sind.
Darüber hinaus kann der Einsturz in ausgewählten Bereichen zusätzlich kontrolliert werden, indem die Spalte 70 ganz oder teilweise mit einem Material gefüllt werden, das eine andere Elastizität hat als der elastomere Block. Einige Spalte können ganz oder teilweise gefüllt werden und andere leer bleiben.
Es ist zum Beispiel vorgesehen, daß Metallfüllstoffe oder Metallelemente in ausgewählte Spalte eingefügt werden können, so das relativ starre Bereiche vorhanden sind. Dies ist besonders bei der Bildung von Ecken zum Erhöhen der Steifigkeit von Nutzen. Andere Bereiche können eine geringe Steifigkeit aufweisen, indem Spalte leer gelassen werden.
Metallelemente können bei der Herstellung in den Kopf des Prägestempels eingeformt und brauchen daher nicht in den Kopfteil eingesetzt zu werden.
Die Spalte können auch durch eingeformte Elemente vollständig ersetzt werden.

Claims

1. Prägestempel für die Bearbeitung eines Hohlgegenstands in einer Matrize, wobei der Prägestempel über einen Träger (20) und einen an dem Träger montierten Kopfteil (30) verfügt, wobei der Kopfteil eine Vorderseite (33) und eine Umfangsseite aufweist und aus einer festen Masse aus einem elastisch verformbaren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander beabstandete Innenabschnitte der festen Masse aus dem genannten Material Bereiche (70) mit unterschiedlicher Elastizität gegenüber der festen Masse aufweisen, wobei die Innenabschnitte von der Vorderseite (33) und der Umfangsseite und von dem Träger (20) beabstandet sind, so daß unter Einwirkung von Querkräften ein vorbestimmter gesteuerter Einsturz des Kopfteils gewährleistet wird.

2. Prägestempel gemäß Anspruch 1, wobei die Bereiche unterschiedlicher Elastizität in der festen Masse geformte Spalte (70) umfassen.

3. Prägestempel gemäß Anspruch 2, wobei wenigstens einige der genannten Spalte (70) ganz oder teilweise mit Füllstoffen mit unterschiedlicher Elastizität gegenüber der festen Masse gefüllt sind.

4. Prägestempel gemäß Anspruch 1, wobei in die feste Masse des Kopfteils Einsätze eingeformt sind, wobei die Einsätze die genannten Bereiche unterschiedlicher Elastizität begrenzen.

5. Prägestempel gemäß Anspruch 3 oder 4, bestehend aus voneinander beabstandeten Spalten, die mit Metallfüllstoff oder voneinander beabstandeten Metalleinsätzen gefüllt sind, sowie aus relativ voneinander beabstandeten leeren Spalten (70)

6. Prägestempel gemäß Anspruch 2, 3 oder 5, wobei die Spalte (70) in dem Kopfteil durch die Hinterseite (38) des Kopfteils (30) verlaufen.

7. Prägestempel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feste Masse des Kopfteils (30) aus einem Elastomer besteht.

8. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Hohlgegenstands (63) aus Blech, wobei die Vorrichtung eine Matrize (12) mit einem Hohlraum (13) und einen eng in die Matrize eingreifbaren Prägestempel (11) umfaßt, wobei der Prägestempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche konstruiert ist, wobei die auf den Prägestempel einwirkenden Reaktionskräfte der Matrize einen vorbestimmten gesteuerten Einsturz des Kopfteils hervorruf en, wodurch der Materialfluß kontrolliert und eine Faltenbildung vermieden wird.

9. Verfahren zur Vermeidung von Faltenbildung in einem aus Blech mit einem Prägestempel (11) und einer Matrize (12) kaltgeformten Gegenstand (63), wobei der Prägestempel einen Kopfteil (30) bestehend aus einer festen Masse aus elastisch verformbarem Material aufweist und in einen Hohlraum der Matrize (12) eingreift, wobei bei der Bearbeitung auf den Prägestempel (11) einwirkende Reaktionskräfte der Matrize (12) einen Einsturz des Kopfteils (30) des Prägestempels hervorrufen und der Materialfluß kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformbarkeit der festen Masse in verschiedenen Bereichen davon durch voneinander beabstandete Spalte (70) in der festen Masse und/oder durch voneinander beabstandete Einsätze in der feste Masse variiert wird, wobei die Einsätze eine unterschiedliche Elastizität gegenüber dem Material der festen Masse aufweisen.