EP3565677A1 - Verfahren zum herstellen von blechbauteilen und vorrichtung hierfür - Google Patents

Verfahren zum herstellen von blechbauteilen und vorrichtung hierfür

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Publication number
EP3565677A1
EP3565677A1 EP18700043.5A EP18700043A EP3565677A1 EP 3565677 A1 EP3565677 A1 EP 3565677A1 EP 18700043 A EP18700043 A EP 18700043A EP 3565677 A1 EP3565677 A1 EP 3565677A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
preform
preforming
metal preform
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18700043.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Flehmig
Martin Kibben
Daniel Nierhoff
Arndt MARX
Daniel CASPARY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3565677A1 publication Critical patent/EP3565677A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks
    • 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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/04—Blank holders; Mounting means therefor
    • 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
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/16—Additional equipment in association with the tools, e.g. for shearing, for trimming
    • 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
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing sheet metal components.
  • thermoforming has the advantage that the greatest possible material strengths can be achieved by the large plastic strains that occur as a result of the process and the concomitant solidification of the material used (steel sheets, aluminum sheets or other metallic materials).
  • thermoforming in particular the inclination of the component to the springback due to the inhomogeneous stress state after drawing and its sensitivity to batch fluctuations.
  • the expected springback is taken into account by using classical compensatory measures such as the so-called “Forward Springback Compensation” the expected springback values are incorporated in the opposite direction in the tool, so as possible after relief despite the inhomogeneous stress state Since these measures are not sufficient, in particular in the case of high-strength materials and in particular in combination with small sheet thicknesses, drawing and / or calibration processes are often required to achieve the required dimensional accuracy in further follow-up operations.
  • the flange trim can be integrated into the last deep drawing operation. Although this can be cost savings, but there are some disadvantages, such as the accrual of waste, the creation of complex tools, a complex Tryout, unwanted springback effects, limited dimensional stability and susceptibility to process disturbances.
  • the teachings have in common that in a first process step, a preform is generated which comes as close as possible to the finished shape of the component, which, however, in contrast to this no or only partially material additions for a trim and contains in typical sections such as floor area, Zargen Siemens and / or, if present in the flange region has a defined material surplus, which is used in a second process step to set by a special upsetting and / or calibrating the substantially entire component, the desired dimensional stability of the component including the edge contour without further cutting operations.
  • this known method eliminates the above-mentioned disadvantages of undesired springback and edge trimming, it may itself have some undesirable side effects of its own.
  • preforms produced in this way correspond to the required geometry, they can, however, in their edge contour, in particular in the case of complex component geometry and also in conjunction with small component thicknesses, reduce the length of the cross-sectional developments due to fluctuations in a batch change and / or wear of the preforming tools and / or the tribological properties of tools Material out vary so that the preforms thus produced in the subsequent upsetting and / or Kalibriergesenk not or only limited can be processed. With regard to process reliability, the method and the device can be further optimized.
  • the invention is therefore based on the object to provide a generic method and a generic device, with which or which manufactured sheet metal preforms regardless of batch and / or tribology, in particular with a repeatable geometry of the sheet metal preform in the upsetting and / or Kalibriergesenk process reliable, in particular can be processed without final trim.
  • the region directly adjoining the sheet metal preforming edge of the sheet metal preform which is at least partially sectioned has a positive dimensional deviation at least in sections in relation to the unwound length of the corresponding region of the finished shaped sheet metal component for upsetting and / or calibrating.
  • the production of the sheet metal preform can be made by means of any combinable shaping process in one or more steps.
  • the preforming may include, for example, a deep-drawing-type forming step.
  • a multi-stage shaping can also be carried out, for example embossing of the floor area to be created and raising of the frame area to be created or optionally stopping of the flange area to be created.
  • the deep drawing carried out for preforming is carried out in one or more stages.
  • the sheet metal preform obtained by preforming can, in particular, be regarded as a sheet metal component which is as close to a final shape as possible, taking into account the intended finished part geometry taking into account given boundary conditions such as springback and forming capacity of the material used good matches.
  • the deviation of the edge contour of the sheet metal preform from its prefabricated sheet metal preform is preferably at least in sections positive (with more material).
  • the absolute deviation of the edge contour of the component preform to the edge contour of the component preform should be low in the context of the technical possibilities by a suitable method design, but this is often not possible in practice. Rather, the focus of the method design is to keep the absolute deviation of the edge contour of the component preform as low as possible during the course of the process.
  • the upsetting / calibrating can be understood, in particular, to mean a finish-forming or final shaping of the trimmed sheet-metal preform, which can be achieved, for example, by one or more pressing operations.
  • the substantially finished molded sheet metal component can be understood as a final molded sheet metal component.
  • the substantially finished formed sheet metal component may be subjected to further component modifying processing steps, such as insertion of tie holes, end cap flanking, collar insertion, and / or zone edge trimming.
  • the aim is to design the calibration form such that essentially no further transformation steps are necessary.
  • cross section means a section through the transverse extent of the sheet metal preform / the trimmed sheet metal preform / the finished molded sheet metal component.
  • the sheet metal component is not designed flanges, at least on one side of the finished sheet metal component provided at least partially flange portion at least on one side in the longitudinal direction and / or transverse extent provided, in particular on both sides of the finished molded sheet metal component, which, for example, for connection serves other components and is also referred to as a joint flange.
  • the frame area is provided on at least one side of the finished shaped sheet metal component in the longitudinal direction, in particular on two opposite sides of the finished sheet metal component, wherein the fertigformed sheet metal component has, for example, a substantially hat-profile-like cross-section, each having a Zargen Suite on both sides, wherein the Zargen Suitee identical but also can be designed with a different heights.
  • the bottom region is formed integrally with the frame region (s) via a further transition region and, depending on the complexity of the sheet metal component to be produced, does not need to be limited to one plane, but may also be provided in regions at different levels in the longitudinal extent.
  • the transitions between each level in the floor area can be gradual or swinging be executed, in particular can be spoken of a so-called cranked execution.
  • the finished-shaped sheet metal component may also have other than in the longitudinal extent or longitudinal axial forms, for example, it may be arcuate, C-, L-shaped.
  • the trimmed sheet metal preform at least partially in cross-section on a developed length, which is between 0.5% to 4% longer in relation to the unwound length of the finished molded sheet metal component.
  • the unwound length of the thus considered cross sections of the trimmed sheet metal preform is in sections or as a whole preferably between 0.7% to 3.3% longer than that of the finished molded sheet metal component. If, as a result of the litigation during the production of the trimmed sheet metal preform, the unwound length of the cross sections vary too much, then too little unwound length would mean that there would not be enough material surplus available for the subsequent upsetting / calibrating step, which would affect the dimensional accuracy of the component. On the other hand, if the unwound length of the considered cross-section of the trimmed sheet metal preform is too large, the oversized surplus material would collapse into waves during the subsequent calibration process, which may mean a visual and / or dimensional defect.
  • the material flow is selectively controlled at least in regions during the preforming of the sheet to the sheet metal preform.
  • the material supply is bead-like, wavy and / or slightly pleated.
  • the material stocks are selectively introduced or provided via at least one preforming tool.
  • the material stocks are selectively introduced or provided via at least one preforming tool.
  • the trimming tool is set up so that in immediately adjacent to the Blechvorformkante area of at least partially cut sheet metal preform at least partially in cross-section a positive dimensional deviation with respect to the unwound length of the corresponding region of the preformed sheet metal component for upsetting and / or calibration remains.
  • a repeatable geometry in particular with regard to the position of the component edges of the trimmed sheet metal preform and thus the sheet preforming edge which is essential for the subsequent upsetting / calibrating can be ensured.
  • the device comprises a preforming tool with, for example, a preform punch, a preform die and a blank holder.
  • the bottom portion of the preform die may be at least partially detached and movable, at least in sections, from the remainder of the preform die to form, for example, an (inner) hold-down.
  • a blank holder can be used.
  • the preparation of the sheet metal preform can preferably be carried out by a conventional deep drawing.
  • the preform die can at least in some areas have at least one draw bead and / or draw step, which positively supports, in particular, the ironing during deep drawing to form the blank preform and to ensure sufficient development in transverse extension and / or longitudinal extension on the blank preform.
  • the production of the sheet metal preform can take place in two or more stages or preform tools.
  • the at least one preforming tool is designed, during the preforming of the sheet metal to form the sheet metal preform, for example by deep drawing, to provide material storage according to an embodiment of the device.
  • the device comprises a trimming tool, in particular for a trim to be performed on the sheet metal preform, with a holding-down device and a die.
  • the hold-down device and the die are preferably designed to receive the sheet metal preform in a clamping manner between them, in particular without any further plastic shaping, apart from the intended trimming.
  • smaller transformations can also be integrated in certain areas.
  • the contour of the blank holder and the die which contacts the bottom area and the frame area of the sheet metal preform at least in some areas, essentially corresponds to the contour of the desired sheet metal preform. This ensures that the measures implemented in the sheet metal preform for upsetting / calibrating are not compensated again in the trimming tool.
  • the trimming tool can comprise movable cutting elements, in particular in the form of cutting punches and counter holders, relative to the ram and / or die.
  • a laser for trimming can also be used.
  • the device comprises a calibration tool with a calibration stamp, a calibration die and a shut-off element.
  • the contour of the calibration punch and the calibration die essentially corresponds to the base region, frame region and optionally flange region, in particular the desired geometry of the sheet metal component to be finished.
  • the shut-off serves as an abutment during upsetting / calibrating particular sheet metal edges in the flange of the finished sheet metal component and thus blocks a flow of material away from the sheet metal component, so that straightened voltages set in the finished sheet metal component to produce a particular high dimensionally stable sheet metal component.
  • the shut-off elements as part (s) of the calibration tool, may be movable relative to the sizing die and / or sizing die, either coaxial with both movable or angularly movable in and out.
  • the shut-off can be made in one piece in the calibration die in particular as a step and / or projection, whereby the number of parts of the calibration tool can be reduced.
  • the upsetting / calibration can also take place in two or more stages or calibration tools.
  • the device is integrated in a progressive compound press.
  • a progressive compound press In particular, in the production of mass products, for example, for products in the automotive industry, products such as sheet metal parts are produced in particular economically in follow-on composite press.
  • FIG. 2a, b an embodiment of a preform tool according to the invention for
  • Fig. 4a, b an embodiment of a calibration tool according to the invention for
  • Fig. 5 shows an embodiment of a first finished sheet metal component
  • Fig. 6 shows an embodiment of a second finished sheet metal component.
  • a flat sheet (1) is shown in cross-section, which is unwound from a coil, not shown, and cut to length, and in particular as a defined blank blanks the other method available.
  • the sheet (1) is made of a steel material, preferably of a high-strength steel material. Alternatively, aluminum materials or other metals may be used.
  • the sheet can also be provided as a tailored product.
  • the sheet metal (1) is first reshaped by conventional methods such that the geometry of the sheet metal preform (2) is provided with a surplus of material, for example in the form of at least one material supply (4) in the bottom area (2.1) for the further processes ,
  • the surplus material can also alternatively or cumulatively in the frame area (2.2), in the flange (2.3) and / or in the transition areas (2.4, 2.5) between bottom portion (2.1), frame portion (2.2) and flange (2.3), not shown here provided become.
  • the sheet metal preform (2) can preferably be produced by a conventional deep drawing.
  • the sheet metal preform (2) is produced, for example, in a preforming tool (5), wherein the flat sheet metal (1) is inserted into the opened preforming tool (5) with suitable means not shown here, and subsequently a preforming punch ( 5.1), a preform die (5.2) and at least one blank holder (5.3) acting on the plate (1).
  • the movement and / or movement of the components of the preforming tool (5) is symbolically shown by the double arrows (5.11, 5.31) shown.
  • the sheet holder (5.3) clamps the sheet (1).
  • the preform punch (5.1) is moved in the direction UT and forms the sheet (1) to a sheet metal preform (2).
  • the blank holder (5.3) can be distanced or subjected to a force.
  • the preform die (5.2) can have at least one drawing bead and / or drawing step (5.4) at least in some areas, which supports in particular the ironing during deep drawing to the sheet metal preform (2) and provides sufficient development Transverse extension (Q ") and / or longitudinal extension (A") on the sheet metal preform (2), and avoid unwanted wrinkles safely.
  • the preform punch (5.1) optionally in combination with an inner hold-down (not shown here), adapted to that during the preforming of the sheet (1) to the sheet metal preform (2) material storage (4).
  • FIG. 2a shows the preforming tool (5) in the so-called bottom dead center.
  • the sheet metal preform (2) has, for example, a transverse extent (Q ") and a longitudinal extension (A"), wherein the longitudinal extent (A ") is for example many times higher than the transverse extent (Q") and symbolized in the direction of the image plane.
  • the removed sheet metal preform (2) is inserted into a trimming tool (6), which comprises a holding-down device (6.1) and a die (6.2).
  • the hold-down device (6.1) and the die (6.2) are preferably designed to receive the sheet metal preform (2) in a clamping or fixing manner between it and in particular without any further plastic shaping.
  • the contour of the hold-down (6.1) and the die (6.2), which at least partially contact the bottom area (2.1) and frame area (2.2) of the sheet metal preform (2), substantially correspond to the contour of the preform punch (5.1) and the preform Gesenk (5.2). This can ensure that the measures implemented in the sheet metal preform (2) for compression / calibration are not negatively influenced in the trimming tool.
  • the trimming tool (6) comprises movable cutting elements (6.3, 6.4, 6.5, 6.6) relative to the hold-down device (6.1) and / or die (6.2).
  • the movement and / or movement of the components of the trimming tool (6) is shown symbolically by the illustrated double arrows (6.11, 6.31, 6.41, 6.51, 6.61).
  • the sheet metal preform (2) is trimmed in such a way that the unwound length (L) of the trimmed sheet preform (2 ') in cross section is between 0.5% to 4% longer with respect to the unwound length (L') of the finished formed sheet metal component (3).
  • the trimmed sheet metal preform (2 ') has a longer flange area (2' .3, M) with respect to the flange area (3.3, M ') of the finished shaped sheet metal part (3).
  • the flange area (2 '.3) is then cut off at least in sections in a cutting or punching process so as to produce a repeatable cross-sectional development or a sheet metal preforming edge (2' .31) for the subsequent upsetting / calibrating process .
  • the number of cutting elements is not set to four, but rather only one cutting element can be provided per side, which can act on the flange area (2.3) of the sheet metal preform (2) cutting from above or from below.
  • the trimmed sheet metal preform (2 ') has in cross section a transverse extension (Q) and optionally a longitudinal extent (A), which is smaller in comparison to the transverse extent (Q ") and possibly to the longitudinal extent (A") of the sheet metal preform (2).
  • the trimmed sheet metal preform (2 ') removed from the trimming tool (6) still has springback as before insertion and is inserted into a calibration tool (7) which has a calibration punch (7.1) and a calibration (7.2).
  • FIG. 4a) shows the calibration tool (7) at bottom dead center.
  • the calibration tool (7) in particular comprises a shut-off element (7.3), which acts as an abutment on the peripheral edge (2 '.31) of the trimmed sheet metal preform (2') in order to finalize the final, during compression / compression To bring near-net shape geometry of the finished sheet metal component ( Figure 4b).
  • the movement and / or movement of the components of the calibration tool (7) is shown symbolically by the illustrated double arrows (7.11, 7.21, 7.31).
  • a high dimensionally stable, flange-shaped sheet-metal component (3) is provided in the calibration tool (7) ) generated.
  • the region (2.2, 2.5, 2.3) directly adjoining the sheet metal preforming edge (2 '.31) of the at least partially trimmed sheet metal preform (2') has a positive dimensional deviation (M) at least in sections has developed unwound length ( ⁇ ') of the corresponding area (3.2, 3.5, 3.3) of the finished shaped sheet metal component (3, 3', 3 ") for swaging and / or calibrating
  • M positive dimensional rejection
  • the invention is not limited to the embodiments shown. Other component shapes are also possible and require correspondingly adapted tool contours.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines maßhaltigen Blechbauteils (3, 3', 3''), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend mindestens einen Bodenbereich (2.1), einen Zargenbereich (2.2), einen Übergangsbereich (2.4) zwischen Boden- und Zargenbereich, optional einen Flanschbereich (2.3) und einen Übergangsbereich (2.5) zwischen Zargen- und Flanschbereich, wobei mindestens einer der Bereiche (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) zumindest bereichsweise überschüssiges Material (4, M) aufweist; - zumindest bereichsweises Beschneiden der Blechvorform (2) zu einer beschnittenen Blechvorform (2') mit einer Blechvorformkante (2'.31); und - Stauchen und/oder Kalibrieren der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2') zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Blechbauteil (3, 3', 3'').

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen und Vorrichtung hierfür Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen . Technischer Hintergrund
Zur Herstellung von Blechbauteilen mit komplexer Geometrie kommt üblicherweise das Tiefziehen als bewährtes Umformverfahren zum Einsatz. Eine vorzugsweise ebene Platine wird dabei zwischen Niederhalter bzw. Blechhalter und Ziehring bzw. Gesenkauflagefläche geklemmt und dann über einen Stempel in eine Matrize gezogen . Die Vorrichtung wird dazu in ein- oder auch mehrfach wirkenden Pressen eingesetzt.
Üblicherweise hat die Berandung des Bauteils nach dem Tiefziehen einen kleineren Umfang als die eingesetzte Platine. Um zu verhindern, dass der beim Umformen vorliegende Materialüberschuss zu Faltenbildung und/oder Blechdickenzunahme führt, wird die Reibung zwischen Blech und Niederhalter über eine abgestimmte Niederhalterkraft oder andere Maßnahmen wie zum Beispiel Ziehsicken o. ä . so eingestellt, dass notwendige Bereiche des Bauteils möglichst maximal ausgestreckt werden und keine Risse oder Falten entstehen. Über den Materialüberschuss in Umfangsrichtung initiierte Druckspannungen werden dadurch mit Zugspannungen überlagert und so lokale Aufdickungen des Materials größtenteils verhindert. Zusätzlich hat das Tiefziehen den Vorteil, dass sich durch die verfahrensbedingt auftretenden, großen plastischen Dehnungen und die damit einhergehende Verfestigung des eingesetzten Materials (Stahlbleche, Aluminiumbleche oder andere metallische Werkstoffe) größtmögliche Materialfestigkeiten erzielen lassen .
Nachteilig sind beim konventionellen Tiefziehen insbesondere die Neigung des Bauteils zur Rückfederung infolge des inhomogenen Spannungszustands nach dem Ziehen und seine Empfindlichkeit gegenüber Chargenschwankungen . Bereits bei der Auslegung der Umformwerkzeuge wird der zu erwartenden Rückfederung Rechnung getragen, indem über klassische Kompensationsmaßnahmen wie zum Beispiel die sogenannte „Forward Springback Compensation " die erwarteten Rückfederungswerte in entgegengesetzter Richtung in das Werkzeug eingearbeitet werden, um so nach Entlastung trotz des inhomogenen Spannungszustandes ein möglichst maßgenaues Bauteil zu erhalten . Da diese Maßnahmen insbesondere bei hochfesten Werkstoffen und insbesondere in Kombination mit geringen Blechdicken nicht genügen, sind oftmals Rieht- und/oder Kalibrierprozesse zur Erreichung der geforderten Maßhaltigkeit in weiteren Folgeoperationen erforderlich. Auch ist es unter Anderem problematisch, dass nach einem Wechsel der Materialcharge, beispielsweise beim Wechsel des Coils, die Maßhaltigkeit der Bauteile nicht mehr eingehalten werden kann. Das hat zur Folge, dass aufwändige Maßnahmen zur Nachjustage der Rieht- und/oder Kalibrierprozesse getroffen werden müssen und/oder der Tiefziehprozess, hier insbesondere die Niederhalterkraft, individuell auf die neue Charge abgestimmt werden muss. Auch eine fehlende Konstanz der tribologischen Verhältnisse im Werkzeug führt zu unerwünschten Abweichungen von der Sollgeometrie des fertigen Bauteils.
Neben den oben beschriebenen Vor- und Nachteilen des konventionellen Tiefziehverfahrens müssen bei derart hergestellten Bauteilen im Anschluss an die Umformung üblicherweise noch die sogenannten Ziehränder abgeschnitten werden. Dieser Beschnitt stellt meistens eine oder mehrere separate Operationen dar, die eine eigene Werkzeugtechnik und ein eigenes Logistiksystem benötigen . Außerdem ist durch die Randbeschnitte die Materialausnutzung häufig ungünstig, sodass weitere Kosten entstehen .
Um die Prozesskette trotzdem kurz zu halten, kann der Flanschbeschnitt mit in die letzte Tiefziehoperation integriert werden . Damit lassen sich zwar Kosteneinsparungen erzielen, jedoch verbleiben einige Nachteile, wie das Anfallen von Verschnitt, die Erstellung aufwändiger Werkzeuge, ein aufwändiges Tryout, ungewollte Rückfederungseffekte, eingeschränkte Maßhaltigkeit und die Anfälligkeit gegenüber Prozessstörungen .
Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, wie der Randbeschnitt von U- förmigen oder hutprofilartigen Bauteilen eingespart bzw. stark reduziert werden kann, siehe beispielsweise die Lehren in den Offenlegungsschriften DE 10 2007 059 251 AI, DE 10 2008 037 612 AI, DE 10 2009 059 197 AI , DE 10 2013 103 612 AI, DE 10 2013 103 751 AI . Die Lehren haben gemeinsam, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Vorform erzeugt wird, die der Fertigform des Bauteils geometrisch möglichst nahe kommt, welche jedoch im Unterschied zu dieser keine oder nur abschnittsweise Materialzugaben für einen Randbeschnitt enthält und dafür in typischen Teileabschnitten wie Bodenbereich, Zargenbereich und/oder falls vorhanden im Flanschbereich einen definierten Materialüberschuss aufweist, der in einem zweiten Verfahrensschritt genutzt wird, um durch ein spezielles Stauchen und/oder Kalibrieren des im Wesentlichen gesamten Bauteiles die gewünschte Maßhaltigkeit des Bauteils inklusive der Randkontur ohne weitere Schneideoperationen einzustellen . Dieses bekannte Verfahren beseitigt zwar die oben genannten Nachteile der unerwünschten Rückfederung und der Randbeschnitte, kann aber selbst einige eigene, unerwünschte Nebeneffekte haben . Derart hergestellte Vorformen entsprechen zwar der geforderten Geometrie, können jedoch in ihrer Randkontur insbesondere bei komplexer Bauteilgeometrie und auch in Zusammenhang mit geringen Bauteildicken die Länge der Querschnittsabwicklungen aufgrund von Schwankungen aus einem Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material heraus derart variieren, dass die so hergestellten Vorformen im nachfolgenden Stauch- und/oder Kalibriergesenk nicht oder nur eingeschränkt verarbeitet werden können. Hinsichtlich der Prozesssicherheit kann das Verfahren und die Vorrichtung weiter optimiert werden .
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher gefertigte Blechvorformen unabhängig von Charge und/oder Tribologie, insbesondere mit einer wiederholgenauen Geometrie der Blechvorform im Stauch- und/oder Kalibriergesenk prozesssicher, insbesondere ohne abschließenden Randbeschnitt verarbeitet werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der an die Blechvorformkante der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform unmittelbar angrenzende Bereich zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung in Bezug auf die abgewickelte Länge des entsprechenden Bereichs des fertig geformten Blechbauteils für das Stauchen und/oder Kalibrieren aufweist.
Es wurde festgestellt, dass insbesondere zur Herstellung der beschnittenen Blechvorform Maßnahmen erforderlich sind, mit denen eine wiederholgenaue Geometrie, insbesondere betreffend die Lage der Bauteilränder der beschnittenen Blechvorform und damit der für das anschließende Stauchen/Kalibrieren wesentlichen Blechvorformkante gewährleistet wird . Mit der Sicherstellung einer wiederholgenauen Geometrie, insbesondere betreffend die räumliche Lage der Kante der hergestellten beschnittenen Blechvorform wird im Grunde erreicht, dass in möglichst jedem Querschnitt der Blechvorform respektive der beschnittenen Blechvorform im Wesentlichen nur der notwendige Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch-/ Kalibrierschritt vorliegt.
Die Fertigung der Blechvorform kann dabei mittels beliebig kombinierbaren Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt werden. Das Vorformen kann beispielsweise einen tiefziehartigen Formgebungsschritt umfassen. Insbesondere kann auch eine mehrstufige Formgebung umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodenbereichs und Hochstellen des zu erstellenden Zargenenbereichs bzw. optional Abstellen des zu erstellenden Flanschbereichs erfolgen . Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-)Prägen in einer oder in mehreren folgenden Operationen. Das zum Vorformen beispielsweise durchgeführte Tiefziehen wird beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgeführt. Die durch das Vorformen erhaltene Blechvorform kann insbesondere als ein möglichst endformnahes Blechbauteil angesehen werden, welches der beabsichtigten Fertigteilgeometrie unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen wie Rückfederung und Umformvermögen des verwendeten Werkstoffes möglichst gut entspricht. Im Ergebnis des Vorformprozesses ist zumindest abschnittsweise insbesondere die Abweichung der Randkontur der Blechvorform von ihrer Blechbauteilfertigform vorzugsweise positiv (mit mehr Material). Die absolute Abweichung der Randkontur der Bauteilvorform zur Randkontur der Bauteilfertigform soll im Rahmen der technischen Möglichkeiten durch eine geeignete Methodenauslegung zwar gering sein, dies ist jedoch in der Praxis oft nicht möglich. Der Fokus der Methodenauslegung liegt vielmehr darin, die absolute Abweichung der Randkontur der Bauteilvorform untereinander im Prozessverlauf möglichst gering zu halten.
Unter dem Stauchen/Kalibrieren kann insbesondere ein Fertigformen oder Endformen der beschnittenen Blechvorform verstanden werden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. Das daraus im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil kann insofern als endgeformtes Blechbauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil noch weiteren, das Bauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern, dem Abstellen von Stirnflanschen, dem Einbringen von Kragen und/oder einem bereichsweisen Randbeschnitt. Allerdings wird angestrebt, die Kalibrierform derart zu gestalten, dass im Wesentlichen keine weiteren Umformungsschritte mehr notwendig sind .
Die zunächst erzeugte Blechvorform, wie auch die beschnittene Blechvorform und letztendlich das fertig geformte Blechbauteil haben im Wesentlichen eine Längserstreckung und eine Quererstreckung . So bedeutet Querschnitt ein Schnitt durch die Quererstreckung der Blechvorform / die beschnittene Blechvorform / das fertiggeformte Blechbauteil .
Unter Flanschbereich, falls das Blechbauteil nicht flanschlos ausgeführt ist, ist mindestens auf einer Seite des fertiggeformten Blechbauteils ein zumindest bereichsweise vorgesehener Flanschabschnitt mindestens auf einer Seite in Längserstreckung und/oder Quererstreckung vorgesehen, insbesondere auf beiden Seiten des fertig geformten Blechbauteils, welcher beispielsweise zur Anbindung mit weiteren Bauteilen dient und auch als Fügeflansch bezeichnet wird. Der Zargenbereich ist mindestens auf einer Seite des fertig geformten Blechbauteils in Längserstreckung vorgesehen, insbesondere auf zwei gegenüberliegenden Seiten des fertiggeformten Blechbauteils, wobei das fertiggeformte Blechbauteil ein beispielsweise im Wesentlichen hutprofilartigen Querschnitt aufweist, mit jeweils einem Zargenbereich auf beiden Seiten, wobei die Zargenbereiche identisch aber auch mit einer unterschiedlichen Höhen ausgeführt sein können . Zwischen optionalem Flanschbereich und Zargenbereich ist optional einstückig ein Übergangsbereich vorhanden. Der Bodenbereich ist einstückig mit dem Zargenbereich(en) über einen weiteren Übergangsbereich ausgebildet und muss je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils nicht auf eine Ebene beschränkt sein, sondern kann in Längserstreckung auch bereichsweise auf unterschiedlichen Ebenen vorgesehen sein . Die Übergänge zwischen den einzelnen Ebenen im Bodenbereich können stufenweise oder geschwungen ausgeführt sein, insbesondere kann von einer sogenannten gekröpften Ausführung gesprochen werden . Das fertiggeformte Blechbauteil kann auch andere als in Längserstreckung bzw. längsaxiale Formen aufweisen, beispielsweise kann es bogenförmig, C-, L-förmig ausgebildet sein .
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens weist die beschnittene Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine abgewickelte Länge auf, die zwischen 0,5% bis 4% länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge des fertiggeformten Blechbauteils. Die abgewickelte Länge der so betrachteten Querschnitte der beschnittenen Blechvorform ist dabei abschnittsweise oder im Ganzen vorzugsweise zwischen 0,7% bis 3,3% länger als die des fertig geformten Blechbauteils. Sollte infolge der Prozessführung bei der Herstellung der beschnittenen Blechvorform die abgewickelte Länge der Querschnitte zu stark variieren, so würde bei einer zu kurzen abgewickelten Länge nicht genügend Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch-/Kalibrierschritt bereit stehen, womit die Maßhaltigkeit des Bauteils beeinträchtigt werden würde. Sollte die abgewickelte Länge des betrachteten Querschnitts der beschnittenen Blechvorform dagegen zu groß sein, so würde während des nachfolgenden Kalibrierprozesses der damit überdimensionierte Materialüberschuss zu Wellen kollabieren, was einen optischen und/oder maßlichen Mangel bedeuten kann .
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird der Materialfluss während des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform zumindest bereichsweise gezielt gesteuert. Nach zahlreichen Untersuchungen und Simulationen hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, bei der Erzeugung der Blechvorform für bestimmte Blechbauteile bedingt durch ihre Geometrie den Materialfluss zumindest bereichsweise mit einem kraftbeaufschlagten Blech- bzw. Niederhalter gezielt zu steuern, insbesondere abzubremsen, um dadurch unerwünschte Faltenbildung zu verhindern. Alternativ oder kumulativ kann der Materialfluss über zumindest bereichsweise angeordnete Ziehsicken und/oder Ziehstufen während der Erzeugung der Blechvorform auf eine günstige Weise gesteuert werden, so dass die Herstellbarkeit bestimmter Bauteilgeometrie verbessert werden kann.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens werden nach Abschluss des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform zumindest bereichsweise Materialbevorratungen als überschüssiges Material bereitgestellt bzw. erzeugt. Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Blechvorform die Materialbevorratung wulstartig, wellenförmig und/oder leicht faltenförmig eingebracht. Beispielsweise können die Materialbevorratung im Bodenbereich, im Zargenbereich, optional im Flanschbereich, im Übergangsbereich zwischen Boden- und Zargenbereich und/oder optional im Übergangsbereich zwischen Zargen- und Flanschbereich eingebracht bzw. bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens werden die Materialbevorratungen gezielt über mindestens ein Vorform-Werkzeug eingebracht oder bereitgestellt. Damit ist es vorteilhaft möglich, auch eine Vorform prozesssicher herzustellen, die bedingt durch ihre geometrische Gestalt verstärkt zur Faltenbildung neigt. Über gezielt eingebrachte Materialerhebungen werden damit auch solche, zum Faltenwerfen neigende Bauteile dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich gemacht.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Beschnitt-Werkzeug derart eingerichtet ist, dass im unmittelbar an der Blechvorformkante angrenzende Bereich der zumindest bereichsweisebeschnittenen Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung in Bezug auf die abgewickelte Länge des entsprechenden Bereichs des fertiggeformten Blechbauteils für das Stauchen und/oder Kalibrieren verbleibt. Wie bereits erwähnt, kann bei der Herstellung der beschnittenen Blechvorform eine wiederholgenaue Geometrie, insbesondere betreffend die Lage der Bauteilränder der beschnittenen Blechvorform und damit der für das anschließende Stauchen/Kalibrieren wesentlichen Blechvorformkante sichergestellt werden . Damit wird erreicht, dass in möglichst jedem Querschnitt der beschnittenen Blechvorform der notwendige Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch- /Kalibrierschritt vorliegt und dadurch auch Schwankungen, die sich aus Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material ergeben, ausgeglichen werden können .
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Vorform-Werkzeug mit beispielsweise einem Vorform-Stempel, einem Vorform-Gesenk und einem Blechhalter. Der Bodenbereich des Vorform-Gesenks kann bei Bedarf zumindest abschnittsweise vom Rest des Vorform-Gesenks losgelöst und beweglich sein, um so beispielsweise einen (inneren) Niederhalter zu bilden. Zusätzlich zum Niederhalter kann auch ein Blechhalter verwendet werden . Die Herstellung der Blechvorform kann vorzugsweise durch ein klassisches Tiefziehen erfolgen. Das Vorform-Gesenk kann zumindest bereichsweise mindestens eine Ziehsicke und/oder Ziehstufe aufweisen, welche positiv insbesondere die Abstreckung während des Tiefziehens zur Blechvorform unterstützt und um eine ausreichende Abwicklung in Quererstreckung und/oder Längserstreckung an der Blechvorform sicherzustellen . Die Herstellung zur Blechvorform kann je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils in zwei oder mehreren Stufen respektive Vorform -Werkzeugen erfolgen .
Zur kontrollierten Ausbildung der Materialbevorratungen ist gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung das mindestens eine Vorform-Werkzeug dazu ausgebildet, während des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform, beispielsweise durch Tiefziehen, Materialbevorratungen bereitzustellen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Beschnitt-Werkzeug, insbesondere für einen bereichsweise durchzuführenden Beschnitt an der Blechvorform, mit einem Niederhalter und einem Gesenk. Der Niederhalter und das Gesenk sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Blechvorform klemmend zwischen sich, insbesondere ohne weitere, insbesondere vom beabsichtigten Beschnitt abgesehen, plastische Formgebung, aufzunehmen. Optional und alternativ können auch bereichsweise kleinere Umformungen integriert werden . Mit anderen Worten entspricht insbesondere die Kontur des Niederhalters und des Gesenks, die zumindest bereichsweise den Bodenbereich und den Zargenbereich der Blechvorform kontaktiert, im Wesentlichen der Kontur der gewünschten Blechvorform. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Maßnahmen, die in der Blechvorform für das Stauchen/Kalibrieren umgesetzt wurden, nicht im Beschnitt-Werkzeug wieder kompensiert werden. Des Weiteren kann das Beschnitte-Werkzeug relativ zum Stempel und/oder Gesenk bewegliche Schneidelemente, insbesondere in Form von Schneidstempel und Gegenhalter, umfassen. Alternativ zu den Schneidelementen kann auch ein Laser zum Beschneiden (Laserschneiden) verwendet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Kalibrier-Werkzeug mit einem Kalibrier-Stempel, einem Kalibrier-Gesenk und einem Absperrelement. Die Kontur des Kalibrier- Stempels und des Kalibrier-Gesenks entspricht im Wesentlichen dem Bodenbereich, Zargenbereich und optional Flanschbereich insbesondere der Sollgeometrie des fertigzustellenden Blechbauteils. Das Absperrelement dient als Widerlager während des Stauchens/Kalibrierens insbesondere der Blechkanten im Flanschbereich des fertigzustellenden Blechbauteils und sperrt somit einen Materialfluss weg von dem Blechbauteil ab, sodass sich gerichtete Spannungen im fertigzustellenden Blechbauteil einstellen, um ein insbesondere hoch maßhaltiges Blechbauteil zu erzeugen. Die Absperrelemente, als Teil(e) des Kalibrier-Werkzeugs können relativ zu dem Kalibrier-Stempel und/oder Kalibrier-Gesenk beweglich sein, entweder koaxial zu beiden verfahrbar oder winklig zu- und wegfahrbar sein. Alternativ kann das Absperrelement einstückig im Kalibrier-Gesenk insbesondere als Stufe und/oder Vorsprung ausgeführt sein, wodurch die Teilezahl des Kalibrier-Werkzeugs reduziert werden kann . Das Stauchen/Kalibrieren kann auch in zwei oder mehreren Stufen respektive Kalibrier- Werkzeugen erfolgen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Vorrichtung in einer Folgeverbund-Presse integriert. Insbesondere bei der Herstellung von Massenprodukten, beispielsweise für Produkte in der Fahrzeugindustrie, werden Produkte wie Blechbauteile insbesondere wirtschaftlich in Folgeverbund- Presse hergestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein ebenes Blech,
Fig. 2a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorform -Werkzeugs zur
Durchführung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Blechvorform; Fig. 3a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschnitt-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen beschnittenen Blechvorform;
Fig. 4a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrier- Werkzeugs zur
Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalibrierens;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines ersten fertiggestellten Blechbauteils
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines zweiten fertiggestellten Blechbauteils.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Figur 1 ist beispielsweise ein ebenes Blech (1) im Querschnitt dargestellt, welches von einem nicht dargestellten Coil abgewickelt und abgelängt, und insbesondere als definierter Platinenzuschnitt dem weiteren Verfahren zur Verfügung gestellt wird. Bevorzugt ist das Blech (1) aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, vorzugsweise aus einem höherfesten Stahlwerkstoff. Alternativ können auch Aluminiumwerkstoffe oder andere Metalle verwendet werden. Das Blech kann auch als Tailored Product bereitgestellt sein .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Blech (1) mit gängigen Verfahren zuerst derart umgeformt wird, dass die Geometrie der Blechvorform (2) mit einem Materialüberschuss, beispielsweise in Form mindestens einer Materialbevorratung (4) im Bodenbereich (2.1) für die weiteren Prozesse bereitgestellt wird . Der Materialüberschuss kann auch alternativ oder kumulativ im Zargenbereich (2.2), im Flanschbereich (2.3) und/oder in den Übergangsbereichen (2.4, 2.5) zwischen Bodenbereich (2.1), Zargenbereich (2.2) und Flanschbereich (2.3), hier nicht dargestellt, bereitgestellt werden. Die Blechvorform (2) kann vorzugsweise durch ein klassisches Tiefziehen hergestellt werden. Die Blechvorform (2) wird beispielsweise in einem Vorform -Werkzeug (5) hergestellt, wobei das ebene Blech (1) in das geöffnete Vorform-Werkzeug (5) mit geeigneten und hier nicht dargestellten Mitteln eingelegt wird, und anschließend ein Vorform-Stempel (5.1), ein Vorform-Gesenk (5.2) und mindestens ein Blechhalter (5.3) auf das Blech (1) einwirken. Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Vorform-Werkzeugs (5) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (5.11, 5.31) gezeigt. Nach dem Einlegen des Blechs (1) klemmt der Blechhalter (5.3) das Blech (1) ein. Anschließend wird der Vorform-Stempel (5.1) in Richtung UT gefahren und formt das Blech (1) zu einer Blechvorform (2) um. Der Blechhalter (5.3) kann distanziert oder aber mit einer Kraft beaufschlagt werden . Das Vorform-Gesenk (5.2) kann zumindest bereichsweise mindestens eine Ziehsicke und/oder Ziehstufe (5.4) aufweisen, welche positiv insbesondere die Abstreckung während des Tiefziehens zur Blechvorform (2) unterstützt und stellt eine ausreichende Abwicklung in Quererstreckung (Q") und/oder Längserstreckung (A") an der Blechvorform (2), sowie eine Vermeidung unerwünschter Falten sicher. Zur kontrollierten Ausbildung der Materialbevorratung (4) ist beispielsweise der Vorform-Stempel (5.1), gegebenenfalls in Kombination mit einem inneren Niederhalter (hier nicht dargestellt), dazu ausgebildet, dass während des Vorformens des Blechs (1) zu der Blechvorform (2) Materialbevorratung (4) eingebracht werden. Durch das Einbringen oder Bereitstellen der Ausbildung der Materialbevorratung (4) während der Herstellung der Blechvorform (2) kann neben der Überdimensionierung der Blechvorform (2) auch der für das Stauchen/Kalibrieren notwendige Materialüberschuss in Form von Materialbevorratungen (4) in dem Vorform-Werkzeug (5) berücksichtigt werden . Die Herstellung der Blechvorform (2) ist nicht auf ein Vorform-Werkzeug (5) beschränkt, sondern kann je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils (3) in zwei oder mehreren Stufen respektive Vorform-Werkzeugen erfolgen (hier nicht dargestellt). Figur 2a) zeigt das Vorform-Werkzeug (5) im sogenannten unteren Totpunkt. Nach der Formgebung wird die Blechvorform (2) aus dem Vorform -Werkzeug (5) entnommen, welche eine Rückfederung infolge eines unvermeidbaren inhomogenen, eingebrachten Spannungszustandes in der Blechvorform (2) aufweist (Figur 2b). Bei der Gestaltung des Vorform-Werkzeugs (5) können bereits Kompensationsmaßnahmen getroffen werden, um eine Blechvorform (2) zu erhalten, die der Endgeometrie möglichst gut entspricht. Schwankungen in der Rückfederung werden im Stauch-/ Kalibrierprozess ausgeglichen, so dass hier keine aufwändigen Korrekturschleifen erforderlich sind . Gleiches gilt für Schwankungen, die sich aus Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material ergeben können. Die Blechvorform (2) hat beispielsweise eine Quererstreckung (Q") und eine Längserstreckung (A"), wobei die Längserstreckung (A") beispielsweise um ein Vielfaches höher ist als die Quererstreckung (Q") und in Richtung Bildebene symbolisiert dargestellt ist.
Die entnommene Blechvorform (2) wird in ein Beschnitt-Werkzeug (6) eingelegt, welches einen Niederhalter (6.1) und ein Gesenk (6.2) umfasst. Der Niederhalter (6.1) und das Gesenk (6.2) sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Blechvorform (2) klemmend bzw. fixierend zwischen sich und insbesondere ohne weitere plastische Formgebung aufzunehmen . Die Kontur des Niederhalters (6.1) und des Gesenks (6.2), die zumindest bereichsweise den Bodenbereich (2.1) und Zargenbereich (2.2) der Blechvorform (2) kontaktieren, entsprechen im Wesentlichen der Kontur des Vorform-Stempels (5.1) und des Vorform-Gesenks (5.2). Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Maßnahmen, die in der Blechvorform (2) für das Stauchen/Kalibrieren umgesetzt wurden, nicht im Beschnitt-Werkzeug in negativer Weise beeinflusst werden . Alternativ können auch über entsprechende Maßnahmen zusätzliche, plastische Formgebungen, wie zum Beispiel Verprägungen etc, im Beschnitt-Werkzeug integriert werden . Des Weiteren umfasst das Beschnitt-Werkzeug (6) relativ zum Niederhalter (6.1) und/oder Gesenk (6.2) bewegliche Schneidelemente (6.3, 6.4, 6.5, 6.6). Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Beschnitt-Werkzeugs (6) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (6.11 , 6.31, 6.41, 6.51, 6.61) gezeigt. Die Blechvorform (2) wird derart beschnitten, dass die abgewickelte Länge (L) der beschnittenen Blechvorform (2') im Querschnitt zwischen 0,5 % bis 4 % länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge (L') des fertiggeformten Blechbauteils (3). Insbesondere weist die beschnittene Blechvorform (2') einen längeren Flanschbereich (2' .3, M) in Bezug auf den Flanschbereich (3.3, M ') des fertig geformten Blechbauteils (3) auf. In dem Beschnitt- Werkzeug (6) wird dann zumindest abschnittsweise der Flanschbereich (2 ' .3) in einem Schneid- oder Stanzprozess abgeschnitten, um so eine wiederholgenaue Querschnittsabwicklung respektive eine Blechvorformkante (2' .31) für den anschließenden Stauch-/Kalibrierprozess herzustellen . Es sind vier bewegliche Schneidelemente (6.3, 6.4, 6.5, 6.6) dargestellt, die individuell als Schneidmesser (6.3, 6.5) und bewegliche Gegenhalter (6.4, 6.6) ausgebildet sein können . Die Zahl der Schneidelemente ist nicht auf vier festgelegt, vielmehr kann pro Seite auch jeweils nur ein Schneidelement vorgesehen sein, welches von oben oder von unten auf den Flanschbereich (2.3) der Blechvorform (2) schneidend einwirken kann . Die beschnittene Blechvorform (2') hat im Querschnitt eine Quererstreckung (Q) und ggf. eine Längserstreckung (A), die im Vergleich zur Quererstreckung (Q") und ggf. zur Längserstreckung (A") der Blechvorform (2) kleiner ist.
Die aus dem Beschnitt-Werkzeug (6) entnommene, beschnittene Blechvorform (2') weist immer noch eine Rückfederung wie vor dem Einlegen auf und wird in ein Kalibrier-Werkzeug (7) eingelegt, welches einen Kalibrier- Stempel (7.1) und ein Kalibrier-Gesenk (7.2) umfasst. Figur 4a) zeigt das Kalibrier- Werkzeug (7) im unteren Totpunkt. Des Weiteren umfasst das Kalibrier-Werkzeug (7) insbesondere ein Absperrelement (7.3), welches als Widerlager auf die umlaufende Kante (2' .31) der beschnittenen Blechvorform (2 ') einwirkt, um während des Stauchens/Kalibrierens mittels Druckspannungsüberlagerung die finale, endformnahe Geometrie des fertiggestellten Blechbauteils (Figur 4b) zu bewirken . Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Kalibrier- Werkzeugs (7) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (7.11 , 7.21, 7.31) gezeigt. Aus der beschnittenen Blechvorform (2 '), die im Querschnitt eine abgewickelte Länge (L) zwischen 0,5 % bis 4 % länger als in Bezug auf die abgewickelte Länge (L') des fertiggeformten Blechbauteils (3) ist und die beschnittene Blechvorform (2') einen längeren Flanschbereich (2' .3, M) in Bezug auf den Flanschbereich (3.3, M ') des fertig geformten Blechbauteils (3) aufweist, wird im Kalibrier-Werkzeug (7) ein hoch maßhaltiges, flanschbehaftetes Blechbauteil (3) erzeugt.
Neben den in Längserstreckung (Α') und Quererstreckung (Q'), welche beispielsweise um ein Vielfaches kleiner als die Längserstreckung (Α') ist, mit einem im Wesentlichen in einer Ebene ausgebildeten Bodenbereich (3.1) und einem Zargenbereich (3.2), der auf beiden Seiten im Wesentlichen die gleiche Höhe (T) aufweist (Figur 4b), können auch gekröpfte Blechbauteile (3 ') mit einem Bodenbereich (3' .1) in unterschiedlichen Ebenen und mit unterschiedlichen Höhen (T, Ti, T2) der Zargenbereiche (3.2, 3 ' .2), insbesondere in Längserstreckung (Α') auf beiden Seiten ausgebildet sein (Figur 5). Auch andere Formen, beispielsweise C-förmige Blechbauteile (3 ") in ihrer Längserstreckung (Α') sind maßhaltig insbesondere mit einem Flanschbereich (3.3) herstellbar (Fig . 6).
Bei allen Ausführungen ist erfindungsgemäß, dass der an die Blechvorformkante (2' .31) der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2') unmittelbar angrenzende Bereich (2.2, 2.5, 2.3) zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung (M) in Bezug auf die abgewickelte Länge (Μ ') des entsprechenden Bereichs (3.2, 3.5, 3.3) des fertig geformten Blechbauteils (3, 3 ', 3") für das Stauchen und/oder Kalibrieren aufweist. Insbesondere entspricht die positive Maßabweisung (M) in den obigen Ausführungen beispielhaft im Querschnitt (Q) einem längeren Flanschbereich (2' .3) der beschnittenen Blechvorform (2') in Bezug auf die abgewickelte Länge (Μ ') des Flanschbereichs (3.3) des fertig geformten Blechbauteils (3, 3', 3").
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen eingeschränkt. Andere Bauteilformen sind ebenfalls möglich und benötigen entsprechend angepasste Werkzeugkonturen.
Bezugszeichenliste
1 ebenes Blech
2 Blechvorform
2.1 Bodenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
2.2 Zargenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
2.3 Flanschbereich der Blechvorform
2.4 Übergangsbereich zwischen Bodenbereich und Zargenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
2.5 Übergangsbereich zwischen Zargenbereich und Flanschbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
2 ' beschnittene Blechvorform
2 ' .3 beschnittener Flanschbereich
2 ' .31 Blechvorformkante der beschnittenen Blechvorform
3, 3 ', 3 " fertiggeformtes Blechbauteil
3.1 Bodenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
3 ' .1 gekröpfter Bodenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
3.2 Zargenbereich des fertig geformten Blechbauteils
3.3 Flanschbereich des fertiggeformten Blechbauteils
3.4 Übergangsbereich zwischen Bodenbereich und Zargenbereich des fertig geformten Blechbauteils
3.5 Übergangsbereich zwischen Zargenbereich und Flanschbereich des fertig geformten Blechbauteils 4 Materialbevorratung als Stauchzugabe
5 Vorform-Werkzeug
5.1 Vorform-Stempel
5.11 Bewegungsrichtung des Vorform-Stempels
5.2 Vorform-Gesenk
5.3 Blechhalter
5.31 Bewegungsrichtung des Blechhalters
5.4 Bremssicke/Bremswulst am Vorform-Gesenk
6 Beschnitt-Werkzeug
6.1 Niederhalter
6.11 Bewegungsrichtung des Niederhalters
6.2 Gesenk
6.3-6.6 Schneidelemente, Schneidmesser und Gegenhalter
6.31-6.61 Bewegungsrichtung der Schneidelemente
7 Kalibrier-Werkzeug
7.1 Kalibrier- Stempel
7.11 Bewegungsrichtung des Kalibrier- Stempels
7.2 Kalibrier-Gesenk
7.21 Bewegungsrichtung des Kalibrier-Gesenks
7.3 Absperrelement
7.31 Bewegungsrichtung des Absperrelements
A Längserstreckung der beschnittenen Blechvorform
A' Längserstreckung des fertiggeformten Blechbauteils
A" Längserstreckung der Blechvorform
L abgewickelte Länge im Querschnitt der beschnittenen Blechvorform
L' abgewickelte Länge im Querschnitt des fertig geformten Blechbauteils
M positive Maßabweichung im Flanschbereich der beschnittenen Blechvorform
M ' gestauchter/kalibrierter Flanschbereich
Q Quererstreckung der beschnittenen Blechvorform
Q' Quererstreckung des fertiggeformten Blechbauteils
Q" Quererstreckung der Blechvorform
T, Ti, T2 Höhe des Zargenbereichs

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils (3,3', 3"), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend mindestens einen Bodenbereich (2.1), einen Zargenbereich (2.2), einen Übergangsbereich (2.4) zwischen Boden- und Zargenbereich, optional einen Flanschbereich (2.3)und einen Übergangsbereich (2.5) zwischen Zargen- und Flanschbereich, wobei mindestens einer der Bereiche (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) zumindest bereichsweise überschüssiges Material (4, M) aufweist;
zumindest bereichsweises Beschneiden der Blechvorform (2) zu einer beschnittenen Blechvorform (2') mit einer Blechvorformkante (2' .31); und
Stauchen und/oder Kalibrieren der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2 ') zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Blechbauteil (3, 3 ', 3 ");
dadurch gekennzeichnet,
dass der an die Blechvorformkante (2 ' .31) der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2 ') unmittelbar angrenzende Bereich (2.2, 2.5, 2.3) zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung (M) in Bezug auf die abgewickelte Länge (Μ ') des entsprechenden Bereichs (3.2, 3.5, 3.3) des fertiggeformten Blechbauteils (3, 3', 3 ") für das Stauchen und/oder Kalibrieren aufweist.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die beschnittene Blechvorform (2 ') zumindest bereichsweise im Querschnitt eine abgewickelte Länge (L) aufweist, die zwischen 0,5% bis 4% länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge (L') des fertig geformten Blechbauteils (3, 3', 3").
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass während des Vorformens des Blechs (1) zu der Blechvorform (2) zumindest bereichsweise der Materialfluss gezielt gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Vorformens des Blechs (1) zu der Blechvorform (2) zumindest bereichsweise Materialbevorratungen (4) als überschüssiges Material bereitgestellt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, dass die Materialerhebungen (4) gezielt über mindestens ein Vorform-Werkzeug (5) eingebracht werden .
1
6. Vorrichtung zur Herstellung eines maßhaltigen Bauteils (3, 3', 3"), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
mit mindestens einem Vorform-Werkzeug (5) zum Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend mindestens einen Bodenbereich (2.1), einen Zargenbereich (2.2), einen Übergangsbereich (2.4) zwischen Boden- und Zargenbereich, optional einen Flanschbereich (2.3)und einen Übergangsbereich (2.5) zwischen Zargen- und Flanschbereich, wobei mindestens einer der Bereiche (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) zumindest bereichsweise überschüssiges Material (4, M) aufweist;
mit mindestens einem Beschnitt-Werkzeug (6) zum zumindest bereichsweise Beschneiden der Blechvorform (2) zu einer beschnittenen Blechvorform (2') mit einer Blechvorformkante (2' .31); und
mit mindestens einem Stauch/Kalibrier-Werkzeug (7) zum Stauchen und/oder Kalibrieren der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2') zu einem im Wesentlichen fertig geformten Blechbauteil (3, 3', 3"),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Beschnitt-Werkzeug (7) derart eingerichtet ist, dass im unmittelbar an der Blechvorformkante (2' .31) angrenzende Bereich (2.2, 2.5, 2.3) der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2 ') zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung (M) in Bezug auf die abgewickelte Länge (Μ ') des entsprechenden Bereichs (3.2, 3.5, 3.3) des fertiggeformten Blechbauteils (3, 3', 3") für das Stauchen und/oder Kalibrieren verbleibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorform-Werkzeug (5) einen Vorform-Stempel (5.1), ein Vorform-Gesenk (5.2) und mindestens einen Blechhalter (5.3) umfasst, insbesondere das Vorform-Gesenk (5.2) zumindest bereichsweise mindestens eine Ziehsicke und/oder Ziehstufe (5.4) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorform-Werkzeug (5) dazu ausgebildet ist, nach dem Vorformen des Blechs (1) zu der Blechvorform (2) Materialbevorratungen (4) bereitzustellen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschnitt- Werkzeug (6) einen Niederhalter (6.1) und ein Gesenk (6.2) umfasst, wobei Niederhalter (6.1) und Gesenk (6.2) dazu ausgebildet sind, die Blechvorform (2) klemmend zwischen sich und insbesondere ohne weitere plastische Formgebung aufzunehmen, und relativ hierzu bewegliche Schneidelemente (6.3, 6.4, 6.5, 6.6), insbesondere in Form von Schneidmesser und Gegenhalter, umfasst.
2 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrier- Werkzeug (7) einen Kalibrier-Stempel (7.1), ein Kalibrier-Gesenk (7.2) und ein Absperrelement (7.3) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer Folgeverbund-Presse integriert ist.
3
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