EP1103317A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff - Google Patents

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EP1103317A2 EP00125744A EP00125744A EP1103317A2 EP 1103317 A2 EP1103317 A2 EP 1103317A2 EP 00125744 A EP00125744 A EP 00125744A EP 00125744 A EP00125744 A EP 00125744A EP 1103317 A2 EP1103317 A2 EP 1103317A2
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sheet metal
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metal parts
deformation
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Gerhard Dipl.-Ing. Söllner
Jürgen Breer
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Hydro Aluminium Deutschland GmbH
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes

Definitions

  • the invention relates to a method and a Device for punching sheet metal parts from one Aluminum material in which in the flange areas Holes are made.
  • the invention has for its object a method or a device for punching sheet metal parts to provide an aluminum material with the mechanical resilience of holes, especially in the flange areas of sheet metal parts is significantly improved.
  • the first teaching of the invention ensures that Making one already in itself by the larger one Material strength increased mechanical strength in the Area of the hole. This is further increased by the fact that in the displacement of the aluminum material from the Hole hardening in the die takes place.
  • the invention When applying the procedure according to the first teaching the invention generally remains after the pre-deformation in the direction of deformation a thin floor adjacent to the Stand matrix. This floor can now be used, for example remove by necking and then deburring.
  • This floor can now be used, for example remove by necking and then deburring.
  • it is an advantage Method according to the first teaching of the invention thereby to design that after the pre-deformation in Hole area remaining material by shear cutting Will get removed.
  • this configuration enables for necking with subsequent deburring Completion of the hole in one step and secondly, make sure the hole is clean Has cut edges that cracking counteract.
  • the method is improved according to the first teaching the invention in that the pre-deformation and Shear cutting in one working stroke of a tool he follows.
  • the invention relates to a Device for punching sheet metal parts Aluminum materials, in particular for implementation a method according to the first teaching of the invention.
  • a device for punching sheet metal parts Aluminum materials in particular for implementation a method according to the first teaching of the invention.
  • a device for punching sheet metal parts Aluminum materials in particular for implementation a method according to the first teaching of the invention.
  • a hold-down and a die are provided and a stamp for Displacement of the material from the hole area in the Matrix is provided.
  • Such a device enables the production of a hole in the Flange areas from sheet metal parts Aluminum materials, the sheet metal parts between the hold-down device and the die are clamped and the Stamp the excess material in the hole area in the Form of the thickening prescribing form displaced.
  • This Device thus enables the production of holes in sheet metal parts, which, as already with regard to the first teaching of the invention has been carried out significantly higher mechanical strength of the Screwing points between the sheet metal parts with ensure an overall construction.
  • a simplification of the design of the device according to the second teaching of the invention is achieved in that the stamp to displace the material as Cutting punch is designed so that after the Displacement of the material into the die together with a cutting plate to complete the perforation Shear cutting enables.
  • the is particularly advantageous Device according to the second teaching of the invention that the die in the hole area one with a Retraction mechanism connected, slidable Has final stamp.
  • the retraction mechanism ensures Completion of the displacement of the aluminum material in the Die through the opening of the die in the hole area to ensure that the stamp is used to displace the material the remaining part of the die as a cutting punch and Interact with the insert.
  • the invention shown schematically in Fig. 1 The device has a hold-down device 1 and a die 2 to fix a sheet metal part 3.
  • the die 2 again has a recess 4 into which the material the Belchformmaschines from a stamp 5 from the Hole area 6 is displaced and after this displacement the thickening 7 forms.
  • Fig. 2 Device for punching Sheet metal parts made of aluminum materials have one Tool frame 8 on which a hold-down 9, a Die 10 and a stamp 11 are arranged.
  • Fig. 2 shows the embodiment of a device according to the invention in the open state with sheet metal part 12 placed on the die 10.
  • the die 10 has in the illustrated Embodiment in the hole area with a individual retraction mechanism, not shown, and one also not shown in detail Ejection mechanism connected, movable Closing stamp 13 on.
  • the movable end stamp 13 enables Displacement of the aluminum material from the hole area through the stamp and the subsequent shear cutting of the remaining material in the hole area between the stamp 11 and the base body 14 of the Die 10 in one working stroke of the stamp 11.
  • the movable end stamp 13 after the Displacement of the material from the hole area in the Thickening relative to the base body 14 of the die 10 withdrawn so that the cutting edge 15 of the Base body 14 of the die 10 is released.
  • the ejection mechanism not shown, ensures making sure that the movable end punch 13 is at the top is moved from the base body 14 of the die 10, so that the hole scraper is ejected.
  • the section shown in Fig. 3 through a Hole made according to the invention in the flange area of a sheet metal part 3 shows the thickening 7 along the Circumference of the hole.
  • the method or the device according to the invention ensure a Thickening 7 with a homogeneous material structure and partial work hardening with clean at the same time Hole edges.
  • the method according to the invention or The device according to the invention are therefore suitable especially for non-hardenable aluminum sheet alloys, since these are regularly in a soft state are formed and thus often in the flange area for one Mechanically sufficiently robust screw connection too soft are, as well as for curable sheet materials, which in T4 condition (cold hardened) deformed or used become.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff, bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieses Verfahrens ermöglicht eine deutliche Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der im Flanschbereich vorgesehenen Löcher dadurch, daß entlang des Lochumfanges eines Aufdickung durch eine Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird und bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden.
In den Flanschbereichen von Blechformteilen sind häufig Löcher vorgesehen, die zur Verschraubung dieser Blechformteile mit einer Gesamtkonstruktion dienen. Die mechanische Belastbarkeit von diese Löcher nutzenden Verschraubungen ist zum einen dadurch gering, daß die Flanschbereiche beim Tiefzug und der Kalibrierung der Blechformteile kaum verformt werden und somit der Aluminiumwerkstoff in der Umgebung der Löcher aufgrund einer fehlenden Kaltverfestigung relativ weich ist. Zum anderen ist bislang kein Verfahren bzw. keine Vorrichtung bekannt, mit der in der unmittelbaren Umgebung der Löcher in den Flanschbereichen Aufdickungen für den Einsatz von Unterlegscheiben hergestellt werden können. Derartige Aufdickungen erhöhen die mechanische Belastbarkeit der Verschraubungen durch die höhere Materialstärke im Bereich der Krafteinleitung.
Es sind Versuche unternommen worden, die beschriebenen Aufdickungen durch ein Aushalsen des Aluminiumwerkstoffes im Bereich der Löcher mit anschließendem Rückdrücken der Aushalsung herzustellen. Diese Versuche haben jedoch nicht zu den gewünschten Ergebnissen geführt.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff zur Verfügung zu stellen, mit dem die mechanische Belastbarkeit von Löchern, insbesondere in den Flanschbereichen von Blechformteilen deutlich verbessert wird.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß entlang des Lochumfanges eine Aufdickung durch eine Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird und bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird.
Die erste Lehre der Erfindung gewährleistet die Herstellung einer bereits an sich durch die größere Materialstärke erhöhten mechanischen Belastbarkeit im Bereich des Loches. Diese wird dadurch weiter erhöht, daß bei der Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes aus dem Lochbereich in die Matrize eine Kaltverfestigung stattfindet.
Mit dem Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung lassen sich Aufdickungen mit einem an den Einsatz von Unterlegscheiben angepaßten Durchmesser von etwa dem 1,8-fachen des Lochdurchmessers herstellen, die etwa 35-40 % der Materialstärke des nicht gelochten Blechformteiles bei einer erhöhten Festigkeit durch Kaltverfestigung von etwa 25-30% aufweisen.
Bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung bleibt nach der Vorverformung in aller Regel in Verformungsrichtung ein dünner Boden angrenzend an die Matrize stehen. Diesen Boden kann man nun beispielsweise durch Aushalsen und anschließendes Entgraten entfernen. Aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gründen der mechanischen Belastbarkeit ist es jedoch von Vorteil, das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung dadurch auszugestalten, daß das nach der Vorverformung im Lochbereich verbleibende Material durch Scherschneiden entfernt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht im Gegensatz zu dem Aushalsen mit anschließenden Entgraten die Fertigstellung des Loches in einem Arbeitsschritt und stellt zum anderen sicher, daß das Loch saubere Schnittkanten aufweist, die einer Rißbildung entgegenwirken.
Eine in fertigungstechnischer Hinsicht weitere Verbesserung erfährt das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung dadurch, daß die Vorverformung und das Scherschneiden in einem Arbeitshub eines Werkzeugs erfolgt.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach der ersten Lehre der Erfindung. Für eine derartige Vorrichtung ist die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Niederhalter und eine Matrize vorgesehen sind und ein Stempel zur Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Matrize vorgesehen ist.
Eine derartige Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Loches in den Flanschbereichen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen, wobei die Blechformteile zwischen dem Niederhalter und der Matrize eingespannt sind und der Stempel das überschüssige Material im Lochbereich in die Form der Aufdickung vorgebende Matrize verdrängt. Diese Vorrichtung ermöglicht somit die Herstellung von Löchern in Blechformteilen, die, wie bereits im Hinblick auf die erste Lehre der Erfindung ausgeführt worden ist, eine deutlich höhere mechanische Belastbarkeit der Verschraubungspunkte zwischen den Blechformteilen mit einer Gesamtkonstruktion gewährleisten.
Dadurch, daß in der Vorrichtung zusätzlich ein Schneidstempel und eine Schneidplatte vorgesehen ist, läßt sich mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung das im Lochbereich nach der Vorverformung angrenzend zur Matrize stehengebliebene Material durch Scherschneiden entfernen, wodurch die bereits oben angesprochenen Vorteile verwirklicht sind.
Eine Vereinfachung der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der Stempel zur Verdrängung des Materials als Schneidstempel ausgebildet ist, so daß dieser nach der Verdrängung des Materials in die Matrize zusammen mit einer Schneidplatte die Vollendung der Lochung durch Scherschneiden ermöglicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung dadurch, daß die Matrize im Lochbereich einen mit einer Rückzugmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlußstempel aufweist. Die Rückzugsmechanik sorgt nach Abschluß der Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes in die Matrize durch die Öffnung der Matrize im Lochbereich dafür, daß der Stempel zur Verdrängung des Materials mit dem verbleibenden Teil der Matrize als Schneidstempel und Schneidplatte zusammenwirken.
Ist der verschiebbare Abschlußstempel darüber hinaus noch mit einer Auswurfmechanik verbunden, so ist gewährleistet, daß mit Hilfe des verschiebbaren Abschlußstempels nach dem Scherschneiden des Bodens ein Auswerfen der Lochbutze erfolgt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 4 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1
schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2
schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 3
im Schnitt den Flanschbereich eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelochten Blechformteils.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Niederhalter 1 und eine Matrize 2 zur Fixierung eines Blechformteiles 3 auf. Die Matrize 2 wiederum weist eine Ausnehmung 4 auf, in die das Material des Belchformteiles von einem Stempel 5 aus dem Lochbereich 6 verdrängt wird und nach dieser Verdrängung die Aufdickung 7 bildet.
Bei der Verdrängung fließt der Aluminiumwerkstoff aus dem Lochbereich 6 in die Umgebung des Umfangs des Lochbereiches 6 wodurch sich die Aufdickung 7 mit relativ gleichmäßiger, kaltverfestigter Materialstruktur bildet.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen weist einen Werkzeugrahmen 8 auf, an dem ein Niederhalter 9, eine Matrize 10 und ein Stempel 11 angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in geöffnetem Zustand mit auf die Matrize 10 aufgelegtem Blechformteil 12.
Die Matrize 10 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Lochbereich einen mit einer im einzelnen nicht dargestellten Rückzugsmechanik und einer ebenfalls im einzelnen nicht dargestellten Auswurfmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlußstempel 13 auf.
Der verschiebbare Abschlußstempel 13 ermöglicht die Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes aus dem Lochbereich durch den Stempel und das anschließende Scherschneiden des stehengebliebenen Restes des Materials im Lochbereich zwischen dem Stempel 11 und dem Grundkörper 14 der Matrize 10 in einem Arbeitszug des Stempels 11. Hierzu wird der verschiebbare Abschlußstempel 13 nach der Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Aufdickung relativ zum Grundkörper 14 der Matrize 10 zurückgezogen, so daß die Schneidkante 15 des Grundkörpers 14 der Matrize 10 freigegeben wird. Anschließend sorgt die nicht dargestellte Auswurfmechanik dafür, daß der verschiebbare Abschlußstempel 13 nach oben aus dem Grundkörper 14 der Matrize 10 verschoben wird, so daß die Lochbutze ausgeworfen wird.
Der in Fig. 3 dargestellte Schnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Loch im Flanschbereich eines Blechformteils 3 zeigt die Aufdickung 7 entlang des Umfangs des Loches. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleisten eine Aufdickung 7 mit homogener Materialstruktur und teilweiser Kaltverfestigung bei gleichzeitig sauberen Lochrändern. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich also insbesondere sowohl für nichtaushärtbare AlBlechlegierungen, da diese regelmäßig im weichen Zustand umgeformt werden und somit im Flanschbereich oft für eine mechanisch hinreichend belastbare Verschraubung zu weich sind, als auch für aushärtbare Blechwerkstoffe, die im T4-Zustand (kaltausgehärtet) verformt oder eingesetzt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff, bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Lochumfanges eines Aufdickung durch eine Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird und bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Vorverformung im Lochbereich verbliebene Material durch Scherschneiden entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverformung und das Scherschneiden in einem Arbeitshub des Werkzeugs erfolgen.
  4. Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederhalter (1, 9) und eine Matrize (2, 10) vorgesehen sind und ein Stempel (5, 11) zur Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich (6) in die Matrize (2, 10) vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneidstempel und eine Schneidplatte vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5, 11) zur Verdrängung des Materials als Schneidstempel ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2, 10) im Lochbereich einen mit einer Rückzugsmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlußstempel (13) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Abschlußstempel (13) mit einer Auswurfmechanik verbunden ist.
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