DE69405426T2 - Verfahren und hydraulische Presse zum Pressen von Blechen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Tiefziehen (Ziehen) von Fahrzeugkarosserieteilen.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls eine hydraulische Presse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, die zum Ausführen des oben genannten Umformverfahrens geeignet ist.
• Tn bekannten Umformverfahren wird ein Blech zwischen eine Matrize und einen Stempel der Form gebracht, unter einer vorbestimmten Kraft durch einen Niederhalter gespannt, der die Aufgabe hat, das Blech gegenüber der Matrize im Verlauf des plastischen Verformungsvorgangs zu halten. Der Wert des Spanndruckes, der durch den Niederhalter auf das Blech in der Druckphase ausgeübt wird, ist fest und wird anfänglich durch Versuche an einem Los von Versuchsblechen bestimmt, um dann über die gesamte Produktionsphase konstant gehalten zu werden.
• Dieses Bearbeitungsverfahren unter "konstantem Druck" weist eine Anzahl von Nachteilen auf, insbesondere im Fall von Formen mit komplexer Formgebung und zum Tiefziehen, was im allgemeinen zu einer relativ hohen Ausschußrate aufgrund von Fehlerbildung auf dem Blech oder Reißern im Blech wird.
• Um diese Nachteile zu überwinden, wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0348774 dieses Aumelders vorgeschlagen, eine hydraulische Presse zu verwenden, in der der Niederhalter mit einem Spanndruck beaufschlagt wird, der pulsiert oder gemäß einer vorbestimmten Beziehung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert wechselweise variierbar ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß selbst dieses System nicht vollkommen effizient ist, um Ausschuß beim Umformen von einigen, insbesondere komplexen Komponenten oder Umformblechen zu verringern, die aus Aluminium hergestellt sind oder Eigenschaften aufweisen, die sich von denen der Metallbleche unterscheiden. Entsprechend müssen einige Karosserieteile aus Metallblech mit besonderen, sehr teuren sogenannten "back-hardening" Blechen mit hoher Verfestigungsfähigkeit hergestellt werden; und es ist noch nicht möglich, Fahrzeuge in industriellen Ausmaß unter akzeptablen Kosten herzustellen, deren Karosserie ausschließlich aus Aluminium besteht, es sei denn, sie sind auf Karosserieformen beschränkt, die extrem einfach und von Gestaltungsgesichtspunkten nicht akzeptabel sind.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren mit pulsierendem Druck, wie oben beschrieben, bereitzustellen, das es ermöglicht, die Nachteile letzteren Verfahrens in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu überwinden, was es demzufolge ermöglicht, Bleche, einschließlich Aluminiumbleche, in komplizierten Formen unter geringen Kosten zu verarbeiten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches gelöst, wie in Anspruch 1 beansprucht.
• Insbesondere liegt die Frequenz der pulsierenden Druckveränderungen zwischen 0 und 20 Hz einschließlich und wird derart ausgewählt, daß der Wert umso höher ist, je geringer die Härte des benutzten Bleches ist. Auf diese Weise sind sogar Aluminiumbleche einfach zu verarbeiten.
• Darüber hinaus wird die Frequenz des pulsierenden Drucks veranlaßt, sich im Lauf des Umformvorgangs zu verändern, insbesondere wenn Bleche umgeformt werden, die die höheren Frequenzen erfordern, wie z.B. Aluminiumbleche, und insbesondere in Verlauf des aktiven Hubs des Stempels und auf jeden Fall derart, daß zumindest ein Druckveränderungszyklus von Null bis zum Maximalwert für jede 8 bis 10 mm Tiefe beim Ziehen des Bleches erreicht wird. Auf diese Art wird sogar, wenn es sich um sehr komplexe Umformungen handelt, Ausschuß reduziert, im wesentlichen bis auf Null.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer hydraulischen Presse zum Umformen von Blechen der Art ausgeführt werden, die zumindest einen Niederhalter umfaßt, der durch Stelleinrichtungen über einen hydraulischen Steuerkreis gesteuert wird, der wiederum eine Ventileinrichtung zum wechselweisen Unterdrucksetzen/Druckablassen der Stelleinrichtung für den Niederhalter umfassen, eine Presse wie in Anspruch 5 definiert.
• Weitere bevorzugte Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Presse werden aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung hervorgehen, die lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Schemaansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Presse zeigt; und
• Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Steuerkreises für den Niederhalter der Presse der Fig. 1 zeigt.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist in dem Aufbau eine hydraulische Presse zum Umformen von Blechen 2 mit 1 bezeichnet, wobei die Bleche aus Metall oder Aluminium oder leichten Legierungen hergestellt sind, z.B. insbesondere, um Karosserieteile eines Fahrzeugs zu erhalten, die bekannt und zur Vereinfachung nicht dargestellt sind; die Presse 1 umfaßt eine Form 3, die zumindest durch eine Matrize 4 und zumindest einen Stempel 5 gebildet wird, wobei der Stempel 5 ein Profil aufweist, das entkoppelt und wie das zu erzielende Karosserieteil geformt ist, und umfaßt weiterhin einen Niederhalter 6, der ausgestaltet ist, um auf das Blech 2 in Übereinstimmung mit einem Umfangsabschnitt 8 des Bleches zu wirken.
• Gemäß einem der Hauptmerkmale der Erfindung besteht der Niederhalter 6, anstatt aus einem einzelnen Teil hergestellt zu sein, aus einer Vielzahl, z.B. 4, Rückhalteelementen 10, eines für jede Seite des Bleches 8, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Tatsächlich umfaßt die Presse 1 einen Hydraulikkreis 18, um eine dem Niederhalter 6 zugeordnete Stelleinrichtung 20 zu steuern, wobei die Zuordnung insbesondere einzeln oder paarweise (oder in Einheiten von drei oder mehr, je nach Erfordernis) zu jedem Rückhalteelement 10 erfolgt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 umfaßt der Kreis 18 seinerseits einen Ventilaufbau 22, der durch eine elektronische Mikroprozessoreinheit 23 gesteuert wird und mit dem der Zufluß der Steuerungsflussigkeit zu und der Abfluß der Steuerungsflüssigkeit von jedem Stellglied 20, das jedem Element 10 zugeordnet ist, unabhängig für jedes der Elemente 10 steuerbar ist.
• Der Ventilaufbau 22 ist insbesondere der gleichen Art wie der für Fahrzeug-Antiblockiersysteme (ABS) und ist demzufolge zur Vereinfachung nicht beschrieben. Er ist im wesentlichen geeignet, wahlweise die durch eine Pumpe 24 für jede Stelleinrichtung 20 bereitgestellte Strömung für sehr kurze Zeitabschnitte zu unterbrechen und, möglicherweise die Stelleinrichtung mit einem Auslaß 25 zu verbinden, um in den Stelleinrichtungen 20 einen Steuerdruck zu erzeugen, der einer periodischen Beziehung oder einem im wesentlichen stufenförmigen Profil zwischen 0 (entsprechend dem Punkt, bei dem der Aufbau 22 die Strömung vollkommen abschneidet und sie dann daran hindert, die Stelleinrichtung 20 zu erreichen und, falls notwendig, die Stelleinrichtung 20 mit dem Auslaß 25 verbindet) und einem vorbestimmten Maximalwert entsprechend, der von den Eigenschaften der Pumpe 24 abhängt, veränderbar ist; wobei der Steuerdruck z.B. zusätzlich durch den Aufbau 22 einstellbar ist, indem er unter die Steuerung der Einheit 23 einbezogen wird (entsprechend dem Punkt, bei dem der Ventilaufbau 22 die Stelleinrichtung 20 mit der Pumpe 24 verbindet, unmittelbar oder über ein Drucksteuerventil, das einen teil des Aufbaus bildet).
• Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Einheit 23 geeignet, den Aufbau 22 (der z.B. einen Satz von elektromagnetischen "An-Aus" Ventilen umfaßt) zu steuern, um in der Lage zu sein, die Periodizität, d.h. die Frequenz der periodischen Druckveränderungsbeziehung in den Stelleinrichtungen 20 auf einer kontinuierlichen Basis zu verändern, z.B. zwischen einer Minimalfrequenz gleich Null (der Druck verändert sich nicht und bleibt konstant) und einer Maximalfrequenz, die ungefähr gleich 20 Hz ist. Entsprechend ist jedes Element 10 geeignet, auf das Blech 2 einen Rückhaltedruck auszuüben, der zwischen Null (entsprechend dem Punkt, an dem die Stelleinricktung, die dieses Element 10 steuert, auf Nulldruck ist) und einem Maximaldruck veränderbar ist, der mit einer Frequenz frei einstellbar ist, die ebenfalls wie gewünscht zwischen 0 und 20 Hz verändert werden kann.
• Schließlich wird der Kontrollkreis 18 vervollständigt durch: einen Hydrauliksammler 26, zum Beaufschlagen des Aufbaus 22 mit konstantem Druck, einen Filter 27 und einen Ventilaufbau 28, der ein Stellelement 29 (in Fig. 1 nicht gezeigt) zum Anheben des Niederhalters 6 steuert und ebenfalls durch Auslaßventile 30 der Stelleinrichtung 20.
• Beim Arbeiten mit der beschriebenen Presse 1 ist es möglich, ein Verfahren zum Umformen der Bleche 2 auszuführen, indem ein Blech zwischen der Matrize 4 und dem Stempel 5 in die Form des zu erhaltenden Teils gezogen wird, z.B. ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, indem das Blech durch den Niederhalter 6 zurückgehalten wird, der auf es einen pulsierenden Druck ausübt, der wechselweise zwischen einem Minimalwert gleich Null und einem Maximalwert, der frei vorherbestimmbar ist, veränderbar ist. Aufgrund von durch den Anmelder durchgeführten experimentellen Versuchen ist ebenfalls festgestellt worden, daß der pulsierende Druck eine Frequenz aufweisen muß, die gemäß den mechanischen Eigenschaften des umzuformenden Bleches gewählt sein muß, insbesondere zwischen 0 und 20 Hz einschließlich (die Einrichtung muß geeignet sein, ebenfalls den Nullwert zu erreichen, aber die minimale Arbeitsfrequenz soll nicht geringer als 3 Hz sein), und einen Wert, der umso höher ist, je niedriger die Härte/Festigkeit des zu bearbeitenden Bleches 2 ist. Falls z.B. Blech 2 Stahl ist, zum Beispiel FePO4 (Bezeichnung entsprechend UNI 5866/77 und EURONORM 130/77) in einer Dicke zwischen 0,8 und 1 mm, muß die Frequenz relativ niedrig sein, beispielsweise zwischen 8 und 10 Hz einschließlich; im Gegensatz dazu ist es bei Aluminiumblechen zwischen 0,7 und 1 mm Dicke notwendig, höhere Frequenzen zwischen 14 und 18 Hz einschließlich zu benutzen.
• Im Falle von Aluminiumblechen zum Tiefziehen haben jedoch Versuche gezeigt, daß eine relativ hohe Ausschußrate verblieb (1 von 5) : dieses letztere Problem ist überraschend erfindungsgemäß gelöst worden, indem die Frequenz des pulsierenden Druckes dazu gebracht wurde, im Verlauf des Umformvorgangs zu variieren, ein Prozeß, den der Mikroprozessor 23 durch geeignetes Programmieren einfach ermöglichen kann; in der Praxis wird der auf das Blech 2 durch den Niederhalter 6 (oder durch jede Komponente 10 von ihm) ausgeübte Niederhaltedruck veranlaßt, sich mit der Frequenz zu verändern, um im Verlauf des aktiven Hubs des Stempels 5 (oder im Verlauf des Teils des Hubs des Stempels 5, in dem sich das Blech 2 tatsächlich in einem plastischen Deformationsvorgang befindet) zumindest einen vollständigen Druckveränderungszyklus zu durchlaufen, von Null bis zum Maximalwert für jede 8 bis 10 mm Tiefe des Ziehens, dem das Blech 2 unterzogen wird.
• Beim Arbeiten mit den beschriebenen Parametern wurde eine Ausschußrate nahezu im Bereich von Null erzielt, sowohl für Stahl- als auch für Aluminiumteile. Zum Beispiel ist es möglich gewesen, die Heckklappe des "Fiat Uno"-Fahrzeugs aus FeP04 herzustellen, in wesentlichen ohne Ausschuß, während dieses Bauteil gegenwärtig aus einem Material hergestellt wird, das wesentlich teurer und wertvoller ist. Auf ähnliche Weise wurden tiefgezogene Teile (Tiefe des Ziehens in einer Größenordnung von 200 mm) im wesentlichen ohne Ausschuß aus Aluminiumblech hergestellt, indem die Druckpulsationsfrequenz veranlaßt wurde, sich zwischen Null und dem Maximalwert zu verändern, zwischen 18 Hz zu Beginn und 14 Hz zum Schluß. Diese Versuche wurden unter Benutzung einer Presse durchgeführt, die mit einem Niederhalter mit den folgenden Eigenschaften versehen war:
• - Arbeitskraft: 1000 kN
• - Maximale Arbeitskraft: 2000 kN
• - Arbeitsgeschwindigkeit: 25 - 50 mm/s
• - Anstiegsgeschwindigkeit: 100 mm/s
• - Druckpulsationsfrequenz: 0 - 20 Hz
• - Druckpulsationsamplitude: 0 - 1000 kN
• - Hub: 180 mm
• - Arbeitsdruck: 160 bar
• - Maximaldruck: 320 bar

Claims (5)

1. Verfahren zum Umformen eines Metallblechs (2), umfassend folgende Schritte:

-Anordnen eines Bleches (2) zwischen einer Matrix (4) und einem Stempel (5) einer Form, wobei Matrix und Stempel in der Form eines zu erhaltenden Teils geformt sind; und

- Verformen des Bleches (2) mittels der Matrix (4) und des Stempels (5), Rückhalten des Bleches (2) zwischen diesen beiden letzteren, die auf das Blech (2) mittels eines Niederhalters (6) einen pulsierender Druck ausüben, der wechselweise zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert veränderbar ist und eine vorbestimmte Frequenz aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Minimalwert gleich Null ist, die vorbestimmte Frequenz gemäß den mechanischen Eigenschaften des umzuformenden Bleches (2) und derart gewählt ist, daß im Verlauf des aktiven Hubs des Stempels (5) zumindest ein Druckveränderungszyklus von Null bis zu dem Maximalwert für jede 8 bis 10 mm Tiefe des Ziehens des Bleches (2) erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des pulsierenden Drucks zwischen Null und 20 Hz einschließlich liegt und für sie ein Wert ausgewählt wird, der umso höher ist, je niedriger die Härte des benutzten Bleches (2) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des pulsierenden Drucks veranlaßt wird, sich während des Urnformvorgangs zu verändern.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederhalter (6) benutzt wird, der in eine Vielzahl von Rückhalteelementen (10) unterteilt ist, die unabhängig voneinander sind, wobei mittels jedes einzelnen dieser Elemente ein pulsierender Druck, der nach einer von Element zu Element unterschiedlichen Beziehung veränderbar ist, zwischen Null und einem Maximalwert, der von Element zu Element verschieden sein kann, auf das Blech (2) in der Umformphase ausgeübt wird.

5. Hydraulische Presse (1) zum Umformen von Blechen (2) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem Niederhalter (6), der durch Stelleinrichtungen (20) über einen hydraulischen Steuerkreis gesteuert wird, wobei dieser eine Ventileinrichtung (22) zum wechselweisen Beaufschlagen/Ablassen mit/von Druck der/von den Stelleinrichtungen (20) des Niederhalters (6) umfaßt, wobei der durch den Niederhalter (6) auf das Blech (2) ausgeübte Druck mittels der Ventileinrichtung (22) zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und einem Minimalwert gleich Null. varuerbar ist; wobei die Ventileinrichtung (22) eine Synchronisationseinrichtung (23) zum wahlweise Variieren der wechselweisen Beaufschlagungs-/Ablaßfrequenz der Stelleinrichtungen (20) auf einer kontinierlichen Basis umfaßt;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Niederhalter (6) in eine Vielzahl von voneinander unabhängigen Rückhalteelementen (10) unterteilt ist, wobei jedes mit zumindest einer eigenen unabhängigen Stelleinrichtung (20) versehen ist, die durch die Ventileinrichtung (22) gesteuert wird, um nach einerm sich von der der anderen Stelleinrichtungen (20) unterscheidenden Beziehung beaufschlagbar/ablaßbar zu sein; wobei die Stelleinrichtungen durch die Ventileinrichtung (22) und die Synchronisationseinrichtung (23) derart betreibbar sind, daß im Verlauf des Aktivhubs des Sternpels (5) zumindest ein Druckveränderungszyklus von Null auf den Maximalwert für jede 8 bis 10 mm Tiefe des Ziehens des Bleches (2) erreichbar ist.