EP1775042B1

EP1775042B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Lochen eines Bleches

Info

Publication number: EP1775042B1
Application number: EP05450173A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Gassner
Original assignee: Gassner and Co KG Ges mbH
Current assignee: Gassner and Co KG Ges mbH
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: EP1775042A1; ATE427173T1; DE502005007009D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lochen eines Bleches mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize, wobei das Blech vor dem Lochstanzen entsprechend dem Solldurchmesser im Lochrandbereich durch ein Auswölben des Lochbereiches gereckt wird.
Da beim Lochstanzen von Blechen durch das Zusammenwirken von Stempel und Matrize wegen des gegenüber dem Stempel größeren Durchmessers der Matrize ein sich in Stanzrichtung konisch erweiterndes Stanzloch ergibt, ist es bekannt ( US 2 369 896 A ) den Stempel im Anschluß an einen axialen Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf den Nenndurchmesser des Stanzloches zu erweitern, um in einem Arbeitsgang nicht nur den Lochputzen auszustanzen, sondern auch die Lochwandung durch eine Kaltverformung auf den Nenndurchmesser aufzuweiten. Das dadurch bedingte Fließen des Werkstoffs gegen den matrizenseitigen Lochrand bedingt wie auch die stanzbedingte Werkstoffverdrängung beim Einsatz von durchgehend zylindrischen Stempeln Spannungen im Lochrandbereich auf der Matrizenseite, was beim Stanzen von einer Vielzahl von Löchern zu einem Wölben des Bleches führen kann, das dann einem nachträglichen Richtvorgang unterworfen werden muß.
Um die Belastbarkeit von Blechen aus einem Aluminiumwerkstoff im Bereich von Verschraubungslöchern zu erhöhen, ist es bekannt ( EP 1 103 317 A2 ), das durch einen Niederhalter an eine Matrize angedrückte Blech zwischen einem die Stanzöffnung der Matrize verschließenden Abschlußstempel und einem Pressenstempel im Lochbereich so vorzuformen, daß der zwischen dem Pressenstempel und dem Abschlußstempel verdrängte Werkstoff radial nach außen fließt und eine Verdickung des Bleches entlang des Lochrandbereiches bewirkt. Mit dem Rückziehen des Abschlußstempels kann dann der Stanzhub des Preßstempels durchgeführt und der Lochputzen ausgestanzt werden. Durch die Werkstoffanhäufung im Lochrandbereich einerseits und die damit verbundene Kaltverfestigung anderseits wird die angestrebte Steigerung der Belastbarkeit des Bleches im Lochbereich erreicht. Ein solches Verfahren zum Lochstanzen setzt eine Verdickung der Lochränder im Zuge des Stanzvorganges voraus und ist daher grundsätzlich ungeeignet, ein stanzbedingtes Aufwölben von Blechen zu vermeiden, bei denen keine Lochrandverdickungen vorgesehen werden sollen.
Zur Verringerung der aufzuwendenden Stanzkräfte ist es beim Lochstanzen außerdem bekannt ( US 4 526 077 A , US 770 289 A ), den Stempel mit einem über einen Stanzabschnitt gegen die Matrize axial vorstehenden Stempelansatz zu versehen, der beim Auswölben des Lochbereiches zusätzliche Spannungen im Blech bewirkt, so daß für den nachfolgenden Schervorgang geringere Kräfte erforderlich werden. Diese zur Verringerung der Stanzkräfte eingesetzte Maßnahme bedingt allerdings bezüglich einer Mittelebene des gestanzten Bleches unsymmetrische Spannungen, die beim Stanzen einer Vielzahl von Löchern zu einer Blechwölbung führen. Daran ändert sich auch nichts, wenn zur Herstellung maßhaltiger Löcher zunächst Löcher mit einem größeren Durchmesser gestanzt werden, um dann durch einen Prägestempel auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite eine Ansenkung zu schaffen, die einen zum Erreichen des durch einen entsprechenden Prägestempelansatz bestimmten Solldurchmessers notwendigen Werkstofffluß über die gesamte Lochlänge bedingt, weil in diesem Fall die durch das Ansenken bedingten Blechspannungen eine Wölbung des Bleches nach sich ziehen, wenn eine Vielzahl von Löchern in dieser Weise hergestellt werden.
Um den Stanzvorgang für Löcher in einer Blechplatte zu verbessern ist es darüber hinaus bekannt ( US 5 992 280 A ), einen über den Stanzabschnitt gegen die Matrize axial vorstehenden, zentralen Stempelansatz vorzusehen, der vor dem Stanzabschnitt zum Einsatz kommt und eine Vorformung der Metallplatte im Bereich des späteren Lochputzens bedingt, allerdings mit einem einseitigen Spannungsaufbau, der beim Ausstanzen einer Vielzahl von Löchern unweigerlich zu einem Wölben des Bleches führt.
Schließlich ist es bekannt ( DE 231 018 C ) Stanzlöcher nicht durch einen Fräsvorgang, sondern durch einen Prägevorgang mit einer Ansenkung zu versehen. Zu diesem Zweck weist der Stanzstempel im Anschluss an den Stanzabschnitt auf der der Matrize abgekehrten Seite eine sich konisch erweiterte Schulter auf, die von einem dem Solldurchmesser des Stanzloches entsprechenden zylindrischen Kragen ausgeht, um eine Gratbildung im Übergangsbereich von der Ansenkung zum Stanzloch zu unterbinde. Nachteilig ist, dass mit dem Prägen der Ansenkung ein Werkstofffluss radial nach außen verbunden ist, der nicht nur einseitige Blechspannungen, sondern auch Werkstoffanhäufungen entlang des Lochrandes bedingt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Lochen eines Bleches so auszugestalten, daß der Neigung des Bleches zur Aufwölbung beim Stanzen entgegengewirkt werden kann, so daß ebene Lochbleche ohne aufwendiges Nachrichten erhalten werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Blech vor dem Lochstanzen entsprechend dem Solldurchmesser im Lochrandbereich durch ein Aufwölben des Lochbereiches in einem Tiefziehvorgang gereckt und nach dem Lochstanzen auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite durch ein Prägen im Lochrandbereich derart angesenkt wird, dass innere Spannungen ausgeglichen werden.
Der Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, das Blech zunächst vor dem Lochstanzen im Lochrandbereich in an sich bekannter Weise durch ein Auswölben des Lochbereiches zu recken, und zwar mit dem Ziel, spätere durch den Stanzvorgang bedingte Werkstoffanhäufungen im Lochrandbereich auf der Matrizenseite zu verringern. Der durch diese Vorbehandlung des Lochbereiches vor der eigentlichen Stanzbearbeitung bedingte Tiefziehvorgang bedingt im Zusammenwirken mit einem der Stanzbearbeitung nachfolgenden Ansenken des Lochrandbereiches durch einen Prägevorgang auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite des Bleches einen Ausgleich innerer Blechspannungen. Mit der durch das Prägen von Ansenkungen der Stanzlöcher bedingten Kaltverformung des Bleches können den stanzbedingten Spannungen auf der Matrizenseite Spannungen im Lochrandbereich auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite entgegengestellt werden, so daß sich diese Spannungen auf den beiden Blechseiten hinsichtlich der Wölbungsneigung aufheben, was das Stanzen ebener Lochbleche ohne aufwendiges Nachrichten ermöglicht. Das für diesen Zweck jeweils erforderliche Maß der Senkung hängt von den jeweiligen Stanzbedingungen ab und kann in einfacher Weise durch Vorversuche festgelegt werden. Zur Anpassung an die jeweiligen Stanzbedingungen können die Ansenktiefe und der Winkel der Ansenkung verändert werden. Wird das Ansenken des Lochrandbereiches im gleichen Arbeitsschritt wie das Lochstanzen vorgenommen, was jedoch nicht zwingend ist, so ergibt sich für das erfindungsgemäße Lochstanzen kein zusätzlicher Arbeitsaufwand.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung zum Lochen eines Bleches mit einer Matrize und einem Stempel mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgeschlagen. Da beim Lochstanzen zunächst der über den Stanzabschnitt des Stempels gegen die Matrize vorstehende Stempelansatz auf den Lochbereich aufsetzt, wird dieser unter einem Strecken der beteiligten Werkstoffteile in die Matrizenöffnung ausgewölbt, bevor der eigentliche Stanzvorgang mit Hilfe des Stanzabschnittes eingeleitet wird. Die sich konisch erweiternde Schulter im Anschluß an den Stanzabschnitt kann unmittelbar nach dem Ausstanzen des Lochputzens zum Einsatz kommen, so daß sich auch hinsichtlich des Stempelhubes übliche Verhältnisse ergeben. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß die Ansenkung des Lochrandbereiches entsprechend beschränkt bleibt, um nicht eine gegensinnige Wölbung des Bleches zu verursachen.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Lochen eines Bleches in der Anfangsphase der Bearbeitung in einem schematischen Axialschnitt,
Fig. 2: diese Vorrichtung in der Endphase der Bearbeitung und
Fig. 3: das bearbeitete Blech mit dem ausgestanzten Loch ausschnittsweise im Querschnitt.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung zum Lochen eines Bleches 1 besteht aus einer Matrize 2 und einem Stempel 3, der gemäß dem Ausführungsbeispiel eine mit einer umlaufenden Gegenschneide 4 der Matrize 2 zusammenwirkende Schneide 5 im Stirnbereich eines Stanzabschnittes 6 aufweist. An diesen Stanzabschnitt 6 des Stempels 3 schließt eine sich konisch erweitende Schulter 7 an, die zum Prägen einer Ansenkung 8 des Stanzloches 9 dient, wie dies der Fig. 3 entnommen werden kann.
Auf der die Schneiden 5 bildenden Stirnseite des Stanzabschnittes 6 des Stempels 3 steht axial ein Stempelansatz 10 vor, der gemäß der Fig. 1 vor dem eigentlichen Stanzvorgang ein Vorwölben des Bleches 1 in die Matrizenöffnung bedingt. Durch das Vorwölben des Bleches 1 im Lochbereich ergibt sich eine Streckung des Bleches 1 im Bereich der Lochränder, was beim nachfolgenden Stanzvorgang eine geringere Werkstoffanhäufung im Bereich des Lochrandes auf der Matrizenseite und damit geringere innere Spannungen in diesem Lochrandbereich zur Folge hat.
Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, kommt unmittelbar nach dem Ausstanzen des Lochputzens 11 die sich konisch erweiternde Schulter 7 des Stempels 3 zum Einsatz, mit deren Hilfe das Blech 1 im Lochrandbereich auf der der Matrize 4 gegenüberliegenden Seite durch ein Prägen im Sinne einer Ansenkung 8 des Stanzloches 9 bearbeitet wird. Die mit diesem Prägevorgang verbundene Kaltverformung des Lochrandbereiches bedingt in diesem Lochrandbereich das Auftreten von Spannungen, die eine im Vergleich zu den Spannungen im Lochrandbereich auf der Seite der Matrize 4 gegensinnige Wölbungsneigung nach sich ziehen. Können daher die durch die Ansenkung 8 bedingten Spannungen in einer den stanzbedingten Spannungen auf der gegenüberliegenden Seite vergleichbaren Größenordnung gehalten werden, so heben sich die Wirkungen dieser Spannungen auf den beiden Blechseiten nach außen hin weitgehend auf, so daß das Blech 1 eben bleibt. Die Größe der Ansenkung 8 ist daher entsprechend den jeweiligen Stanzbedingungen zu wählen, was durch einfache Vorversuche ohne Schwierigkeiten vorbestimmt werden kann.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, das das Stanzwerkzeug nur schematisch wiedergibt. So fehlt ein üblicher Niederhalter, mit dessen Hilfe das zu bearbeitende Blech an die Matrize niedergedrückt wird, bevor der Stempel beaufschlagt wird. Obwohl sich hinsichtlich der Stempelausbildung mit einem über den eigentlichen Stanzabschnitt vorstehenden Stempelansatz und einer sich konisch erweiternden Schulter im Anschluß an diesen Stanzabschnitt besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen ergeben, ist die Herstellung von Lochblechen nicht auf den Einsatz solcher Stempel angewiesen, weil die einzelnen Verfahrensschritte auch nacheinander mit getrennten Werkzeugen durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren zum Lochen eines Bleches mit Hilfe eines Stempels (3) und einer Matrize (2), wobei das Blech (1) vor dem Lochstanzen entsprechend dem Solldurchmesser im Lochrandbereich durch ein Auswölben des Lochbereiches in einem Tiefziehvorgang gereckt und nach dem Lochstanzen auf der der Matrize (2) gegenüberliegenden Seite durch ein Prägen im Lochrandbereich derart angesenkt wird, dass innere Spannungen ausgeglichen werden.
Vorrichtung zum Lochen eines Bleches nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 mit einer Matrize (2) und einem Stempel (3), der einen über einen Stanzabschnitt (6) gegen die Matrize (2) axial vorstehenden Stempelansatz (10) zum Auswölben des Lochbereiches des Bleches (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3) im axialen Anschluß an den Stanzabschnitt (6) auf der der Matrize (2) abgekehrten Seite eine sich konisch erweiternde Schulter aufweist, (7) die zum Prägen einer innere Spannungen ausgleichenden Senkung im Lochrandbereich angeordnet ist.