WO2016119940A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kragens an einem werkstück - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kragens an einem werkstück Download PDF

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WO2016119940A1
WO2016119940A1 PCT/EP2015/076543 EP2015076543W WO2016119940A1 WO 2016119940 A1 WO2016119940 A1 WO 2016119940A1 EP 2015076543 W EP2015076543 W EP 2015076543W WO 2016119940 A1 WO2016119940 A1 WO 2016119940A1
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punch
deep
counter
workpiece
die
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PCT/EP2015/076543
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Thomas Flehmig
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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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
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/001—Shaping combined with punching, e.g. stamping and perforating
    • 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
    • B21D19/00—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes
    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws
    • B21D19/088—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws for flanging holes
    • 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
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/06—Stamping using rigid devices or tools having relatively-movable die parts

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a collar on a workpiece.
  • Collar also called necks
  • workpieces such as blanks or other finished parts
  • the necessary collar for this purpose, for example, by means of a forming process, the so-called collar pulling or necking, made on the workpiece.
  • an exact shape of the collar such as its length or its diameter, is of importance, for example, first a perforation of the workpiece can be made. Subsequently, by means of a partially conical, pointed or rounded collar stamp, the width of the previously produced hole can be made wide, with a collar usually forming perpendicular to the workpiece.
  • the degree of expansion can be made dependent on the achievable collar length and / or the size of the expansion to be achieved.
  • the hole widening capability is not only dependent on the initial or to-reach hole size, but also on the material itself, which limits the achievable collar size and / or collar length.
  • soft, deep-drawable steels have good hole widening capability. Accordingly, the hole widening capacity of high-strength steels is lower, so that in particular the achievable with these materials collar length can be severely limited.
  • Aushalsungen first a hole or an opening in a flat sheet to form. Subsequently, the sheet is inserted into a tool and widened the opening of the perforated, flat sheet by means of a tapered punch and formed a collar. The material around the hole should be sufficient to form the collar of the desired length.
  • the present invention has for its object to provide a method and apparatus for producing a collar on a workpiece available, with large collar lengths can be achieved with good quality even in high-strength metals, especially high-strength steels in a simple manner.
  • the object is achieved according to a first teaching of the present invention in a generic method in that the method comprises the following steps: Deep drawing of the workpiece in a deep drawing direction by means of a
  • a drawing punch having a first draw punch portion and a second draw punch portion movable relative to the first draw punch portion, wherein the
  • a deep-drawn workpiece has a flange portion and a deep drawn portion adjacent to the flange portion, and the deep-drawn portion has a frame portion and a drawing bottom adjacent to the frame portion, punching the drawing sheet in a relative counter-rotating motion
  • the collar comprises the frame area and the expanded drawing floor part area. It is particularly advantageous that the process is easy in existing press-based Procedural steps can be implemented.
  • a drawing punch which has a first and a second drawing punch part, a particularly advantageous method can be provided.
  • the draw punch bottom can be adapted to the respective step by relative movement of the first and second draw punch parts.
  • the workpiece is placed between the drawing punch and counter punch.
  • the process steps thermoforming, punching and widths are carried out in particular in one and the same device.
  • the workpiece can be removed with trained collar of the device.
  • either the drawing punch part or the counter punch moved toward the other stamp or that move both stamps on each other.
  • the workpiece is preferably made of metal, in particular of steel.
  • steel not only soft deep drawing steels are considered, but also higher strength or high strength steels.
  • the workpiece may be, for example, a substantially flat, in particular unperforated, board or a semifinished product. The process can then very efficiently a collar be formed directly on the board. It is also conceivable that the workpiece already a molded, for example a
  • thermoformed workpiece is, for example, a finished part.
  • the thermoforming can thus be performed in several stages, for example, in different tools to further increase the collar length or perform the individual process steps flexible.
  • Deep drawing in the context of the method then represents, for example, the last deep drawing step.
  • the method may, for example, be part of a cold forming or hot working, or be integrated into such.
  • the deep drawing, the punching and / or the width can be done as hot forming or cold forming.
  • the width of the drawing bottom part region in the radial direction preferably corresponds at most to the maximum expansion width of the material.
  • the drawing punch can for example be adapted to a die, which also at least partially has a corresponding cross-section.
  • the die is a Aushalsgesenk with a Aushalskontur, in which the Zargen Scheme can be formed, whereby the deep drawing during the cantilever process can be done safely.
  • the stamps seen in the direction of deep drawing can be different
  • first drawing punch part, the second drawing punch part and / or the counter punch have a substantially round cross section or are of rotationally symmetrical design.
  • the second drawing punch part is arranged concentrically in the first drawing punch part.
  • a cup-shaped deep-drawn area can be generated by means of deep drawing and then by punching, for example, a hub-shaped collar arise.
  • the drawing bottom can basically be formed parallel or obliquely to the flange region of the workpiece.
  • the boundary line of the drawing floor may be linear, wavy or otherwise shaped.
  • a circular opening can be perforated in the drawing tray.
  • other geometric cross sections which are suitable for punching, usable, such as oval or square cross-sections.
  • the cross-sectional shapes used during deep drawing and punching can essentially be approximately to an offset, match or different shapes can be used.
  • the counter punch fulfills the function of a punch, such as a cutting or stamping punch.
  • the drawing punch in particular the first drawing punch part, fulfills the function of a perforated die by having one
  • the drawing punch part is adapted to the die area, so that the second drawing punch part can be movably arranged in the die area and can fill it.
  • the first drawing punch part and the second drawing punch part are movable relative to each other, the counter punch
  • Matrizen Kunststoff is adapted, for example, at least in sections, the same cross-section as the second drawing punch part has. According to another particularly preferred embodiment of the invention
  • the first drawing punch part and the second drawing punch part during deep drawing form a substantially edge-free drawing die bottom. This allows a flat contact of the drawing punch both in the area of the first
  • Drawing punch part as well as in the region of the second drawing punch part can be achieved with the workpiece. It has been shown that thereby during deep drawing the
  • Thermoforming direction to move and so after the deep drawing process successively punching and stretching takes place. Due to the relative movement, the second drawing punch part releases, for example, the die area in the first drawing punch, so that the first drawing punch part unhindered for punching and width in
  • the first drawing punch part moves during the punching of the
  • the second drawing punch part and / or the counter punch are provided with a counter-pressure element, so that the second drawing punch part and / or the counter punch exert a force on the workpiece at least at times.
  • the second drawing punch part exerts a force in the deep drawing direction, while the counter punch exerts a force against the thermoforming direction on the workpiece, in particular the drawing tray. If both the second drawing punch part and the counter punch are provided with a counter-pressure element, the drawing tray of the workpiece can thereby be clamped, for example, between the second drawing punch part and the counter punch.
  • the second drawing punch part and the counter punch then do not move relative to each other substantially. This ensures that the
  • Workpiece can be supported in the region of the drawing floor by the second drawing punch part or the counter punch, so that undesirable deformations and the introduction of stresses can be avoided. Also, the second drawing punch part or the counter punch, so that undesirable deformations and the introduction of stresses can be avoided. Also, the second drawing punch part or the counter punch, so that undesirable deformations and the introduction of stresses can be avoided. Also, the second drawing punch part or the counter punch, so that undesirable deformations and the introduction of stresses can be avoided. Also, the second drawing punch part or the counter punch, so that undesirable deformations and the introduction of stresses can be avoided. Also, the
  • Material flow in the area of the drawing floor can be optimized by the application of force.
  • spring elements are provided as counter-pressure elements, so that the second drawing punch part and / or the counter-punch are resiliently mounted.
  • the second drawing punch part is spring-mounted in the first drawing punch part.
  • the counter punch is spring-mounted in the Aushalsgesenk.
  • the second drawing punch part and / or the counter punch exerts a force on the drawing bottom during the deep drawing of the workpiece.
  • the force can be exercised, for example, temporarily or during the entire deep-drawing process. This can be achieved that the process reliability during deep drawing and thus the collar quality can be improved, as this is undesirable as stated
  • the counterforce exerted by the counter punch on the drawing bottom of the workpiece during the deep drawing is less than during punching, so that first deep drawing of the workpiece is easily possible and then a sufficiently high force is achieved for punching the drawing bottom.
  • the first drawing punch part and the second drawing punch part during deep drawing form a substantially flat or a curved drawing punch bottom.
  • the drawing floor is only slightly pre-stretched during deep drawing. Accordingly, even after completion of the deep-drawing process, the drawing tray is not thinned out substantially and the
  • the drawing floor can be in the
  • a curved drawing punch bottom is formed by the first drawing punch part and the second drawing punch part, a deep-drawn area can be obtained which is not pronounced as compared with the use of a flat drawing punch bottom
  • Radien Geb has the transition from the drawing tray to the frame area. The fact that less pronounced edges are present, the drawing floor in the
  • Deep drawing also be pre-stretched. This has the advantage that the material can flow from the drawing tray into the transition region between the drawing tray and the frame area, so that thinning in the stressed transition area can be reduced or avoided. In addition, thereby the collar depth can be further increased because when punching the drawing floor now already thinned drawing tray Will get removed. The additional material that enters the drawplate section, the
  • Ziggen Symposium or the transition region has flowed can increase both the possible drawing depth and the expansion.
  • the transition region has flowed can increase both the possible drawing depth and the expansion.
  • Drawing stamp base convexly curved.
  • the drawing die bottom is preferred
  • drawing die bottom can also be curved in a different shape.
  • the drawing die opposite surface of the counter punch can in both cases to the shape of the drawing punch bottom, in particular of the second
  • the movement of the counter punch is inhibited in the deep drawing after deep drawing. This ensures that the counter punch the workpiece after deep drawing can oppose a sufficiently high force, so that the punching of the workpiece can be achieved in a simple manner.
  • Counterstamp serve as a punch, while the first drawing stamp part as
  • the inhibiting is realized by a counterstamp provided Endlagenabsatz, which after deep drawing with a
  • a device for producing a collar on a workpiece in particular for carrying out the method according to the invention, with means for fixing the workpiece, with a drawing punch, which has a first drawing punch part and a second drawing punch movable relative to the first drawing punch part, with a the drawing stamp adapted die with a
  • the drawing punch and the die for deep drawing of the Workpiece are arranged in a deep drawing direction by means of a relative opposing movement of the drawing punch and die, wherein the drawing punch and the counter punch are adapted to a deep-drawn portion of the workpiece in the drawing tray under relative counter-rotating movement of a
  • Process step can be adjusted.
  • the means for fixing the workpiece are formed such that the workpiece can be fixed with its flange portion in the device.
  • the drawing punch and the die are set up in such a way that by deep drawing a subsequent to the flange portion of the workpiece
  • Drawing stamping part and the die can in particular the deep drawing and the
  • the width of the drawing bottom of the first drawing punch part in the radial direction preferably corresponds at most to the maximum widening width of the material of the
  • the device is arranged for a relative opposing movement of the first drawing punch part and the counter punch for punching the drawing floor, so that the opening in the drawing tray in the region of the second drawing punch part and the drawing sheet part area arise in the region of the first drawing punch part.
  • the drawing punch during deep drawing on a substantially edge-free drawing punch bottom is arranged for a relative opposing movement of the first drawing punch part and the counter punch for punching the drawing floor, so that the opening in the drawing tray in the region of the second drawing punch part and the drawing sheet part area arise in the region of the first drawing punch part.
  • first and the second drawing punch part for this purpose during thermoforming on a corresponding orientation to each other.
  • the device is arranged to move the first drawing punch part relative to the second draw stamp part in the deep drawing direction during punching and during the expansion of the drawing bottom part region, a particularly simple construction of the device can be achieved. At the same time it can be achieved that the
  • the second drawing punch part and / or the counter punch is provided with a counter-pressure element, so at least temporarily with the second drawing punch part and / or
  • the counterpressure element can be designed, for example, as a spring element.
  • the second drawing punch part and / or the counter punch exerts a force on the shaft during the punching of the drawing bottom
  • the second drawing punch part and / or the Counter punch during the deep drawing of the workpiece from a force on the workpiece.
  • the drawing punch during deep drawing on a substantially flat or a curved drawing punch bottom If a substantially flat drawing die bottom is provided, as already explained, by avoiding material flow into the frame region, a large amount of material can be made available for the widening in the drawing floor part area. If a curved drawing die bottom is provided, the material can be moved from the drawing tray to the transition zone between the drawing tray and the tray
  • Transition area can be reduced or avoided.
  • the device has means for inhibiting the movement of the counter punch
  • the counter punch can apply a sufficiently high counterforce, so that a process-reliable perforation can take place.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an apparatus for carrying out a first exemplary embodiment of a method in a schematic view in a partial longitudinal section at the time before deep-drawing;
  • FIG. 2 is a schematic representation of the apparatus of Fig. 1 after the
  • Fig. 3 is a schematic representation of the apparatus of Fig. 1 after the
  • Fig. 4 is a schematic representation of the apparatus of Fig. 1 after the
  • Fig. 5 is a schematic representation of the apparatus of Fig. 1 after the
  • FIG. 6-10 a second embodiment of an apparatus for carrying out a second embodiment of a method in a schematic view in a partial longitudinal section at different times.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an apparatus 1 for carrying out a first embodiment of a method in a schematic view in a partial longitudinal section at the time before thermoforming.
  • the device 1 is constructed in this case rotationally symmetrical about the axis A.
  • a workpiece 2 is first inserted, which is designed as a substantially flat, non-perforated board in the deep-drawing area.
  • the device has with the holding-down device 4 means for fixing the workpiece 2.
  • the apparatus 1 has a drawing punch 6, which has a first drawing punch part 8 and a second drawing punch part 10 which is movable relative to the first drawing punch part 8 in the direction of drawing.
  • Drawing bottom 3 of the workpiece 2 is positioned in the region of the drawing punch part 8. Furthermore, the device 1 has a die 12 which is adapted to the drawing punch 6 and has a neck contour 14. Integrated into the die, a punch die 6 opposite arranged counter punch 16 is provided. The counter punch 16 has with a radially projecting Endlagenabsatz 18 means for inhibiting the movement of the counter punch 16 in the drawing direction 7. The Endlagenabsatz 18 overlaps this seen in the drawing direction 7 with the Endlagenabsatz 20 of the die 12.
  • the second drawing punch part 10 and the counter punch 16 have a substantially equal width in the radial direction.
  • the second drawing punch part 10 and the counter punch 16 are each with a
  • Counter-pressure element 22, 24 provided, which are designed as compression spring elements.
  • the second drawing punch part 10 is resiliently mounted in the first drawing punch part 8.
  • the counter punch 16 is resiliently mounted in the die 12.
  • counterpressure elements 22, 24 make it possible to apply force to the workpiece 2 in the drawing direction 7 and through the drawing
  • the first drawing punch part 8 also has a die area 25 with a
  • the drawing punch 6 has an im
  • the first drawing punch part 8 and the second drawing punch part 10 are in this case formed so that the drawing punch bottom of the drawing punch 6 in
  • FIG. 2 now shows a schematic representation of the device from FIG. 1 according to FIG.
  • a flange region 26 and a deep-drawn region 28 adjoining the flange region 26 are formed.
  • the deep-drawn portion 28 in turn has a Zargen Scheme 30 and at the
  • Deep drawing direction 7 also pressed the counter punch 16 in the drawing direction 7 and thereby tensioned the compression spring element 24, so that the counter punch 16 during the deep drawing of the workpiece 2 exerts a force on the workpiece 2.
  • the second drawing punch part 10 is provided, which is also spring-loaded relative to the first drawing punch part 8 and thereby a force in
  • Deep drawing direction 7 can exert on the workpiece 2, deformed or bulged the workpiece 2 in the region of the drawing tray 3 is not substantially. As a result, no unwanted stresses in the region of the drawing bottom 3 are introduced into the workpiece 2. Since the second drawing punch part 10 is intended to withstand the counterforce of the counter punch 16 during deep drawing, the compression spring element 24 has a higher spring rigidity than the pressure spring element 22.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the device 1 from FIG. 1 after punching.
  • Drawing punch part 10 and the counter punch 16 exert a force on the drawing tray 3 during the punching of the drawing tray 3.
  • the first drawing punch part 8 is moved further in the deep drawing direction 7. This is possible because the first drawing punch part 8 can continue to move in the pulling direction 7 relative to the second drawing punch part 10. Thereby, the Zieh foundedteil Scheme 34 resulting from the perforation is widened, so that the widened
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the device 1 of FIG. 1 after the width.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of
  • the Endlagenabsatz 18 of the counter punch 16 acts advantageously as an ejector for the workpiece 2.
  • the second drawing punch 10 presses the Schneidbutzen 32 from the Matrizen Scheme 25 of the first drawing punch part 8 due to the compression spring element 22 out so that it comes to rest on the counter punch 16 as shown in Fig. 5.
  • FIGS. 6-10 show a second exemplary embodiment of a device for carrying out a second exemplary embodiment of a method in a schematic view in a partial longitudinal section at different times.
  • the device 1 ' is constructed similarly to the device 1 and carries out the method essentially as described in connection with FIGS. 1 to 5.
  • Device is in turn constructed rotationally symmetrical about the axis A, so that only a partial longitudinal section is shown. In the following, only the differences to the device 1 and the method performed therewith will be discussed.
  • the drawing punch 6 ' is formed with a convex, convex, barrel-shaped drawing punch bottom.
  • the first drawing punch part 8 'and the second drawing punch part 10' are corresponding in theirs
  • the counter punch 16 'of the device 1' has, in contrast to the counter punch 16 of the device 1 adapted to the bottom of the second drawing punch part 10 '
  • the surface of the counter punch 16 'opposite the second drawing punch part 10' in this case has a concave curvature.
  • a deep-drawn region 28 is achieved which, compared to the use of a flat drawing punch bottom, does not produce a pronounced edge or radius region when passing from the drawing bottom 3 to the frame portion 30 has.
  • the drawing tray 3 is therefore also pre-stretched during deep drawing. As a result, additional material flows from the drawing tray 3 in the
  • Transition region between the drawing tray 3 and Zargen Symposium 30 This reduces thinning in the claimed transition area.
  • the collar depth can be further increased because now already thinned drawing tray 3 is removed when punching the drawing tray 3.
  • the additional material that has flowed into the drawplate subregion 34, the frame region 30 or the intermediate transition region can increase both the possible draw depth and the expansion.
  • FIGS. 8 to 10 now show schematic representations of the device from FIG. 6 after punching, after flattening and after ejection of the workpiece 2 provided with a collar.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück. Die Aufgabe, große Kragenlängen bei guter Qualität auch bei hochfesten Metallen, insbesondere hochfesten Stählen auf einfache Weise zu erreichen, wird dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Tiefziehen des Werkstücks (2) in eine Tiefziehrichtung mittels eines Ziehstempels (6), welcher einen ersten Ziehstempelteil (8) und einen relativ zu dem ersten Ziehstempelteil (8) beweglichen zweiten Ziehstempelteil (10) aufweist, wobei das tiefgezogene Werkstück (2) einen Flanschbereich (26) und einen sich an den Flanschbereich (26) anschießenden tiefgezogenen Bereich (28) aufweist und der tiefgezogene Bereich (28) einen Zargenbereich (30) und einen sich an den Zargenbereich (30) anschließenden Ziehboden (3) aufweist, Lochen des Ziehbodens (3) unter relativer gegenläufiger Bewegung eines Ziehstempelteils (8) und eines dem Ziehstempel (6) gegenüberliegend angeordneten Gegenstempels (16), sodass eine Öffnung im Ziehboden (3) entsteht und sich an den Zargenbereich (30) ein Ziehbodenteilbereich (34) anschließt, und Weiten des Ziehbodenteilbereichs (34). Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück. Kragen, auch Hälse genannt, werden an Werkstücken, wie etwa Platinen oder anderen Fertigteilen, zu unterschiedlichen Zwecken benötigt, etwa als Führungsträger, als Versteifungsträger oder als Gewindeträger. Der hierzu notwendige Kragen wird beispielsweise mittels eines Umformverfahrens, dem sogenannten Kragenziehen oder Aushalsen, an dem Werkstück hergestellt.
Sofern eine exakte Form des Kragens, etwa dessen Länge oder dessen Durchmesser, von Bedeutung ist, kann beispielsweise zunächst eine Lochung des Werkstücks vorgenommen werden. Anschließend kann mittels eines teilweise kegeligen, spitzen oder abgerundeten Kragenstempels ein Weiten des zuvor erzeugten Lochs erfolgen, wobei sich in der Regel senkrecht zum Werkstück ein Kragen ausbildet. Das Maß der Aufweitung kann dabei von der zu erreichenden Kragenlänge und/oder der zu erzielenden Größe der Aufweitung abhängig gemacht werden.
Für den Fall, dass die Kragenlänge und/oder die Ränder des Kragens keinen besonderen Qualitätsansprüchen genügen müssen, ist es alternativ bekannt, ohne vorherige Lochung des Werkstücks eine Ausformung des Kragens durchzuführen, etwa mittels Flowdrill oder Durchdrücken. Im Fall des Flowdrills ist es möglich, die Länge des Kragens aufgrund einer lokalen Massivumformung und des damit erhöhten Materialvorrats und einer inkrementellen Umformung zu vergrößern, worunter jedoch teilweise die Formtreue und Präzision der Aushalsung leidet.
Allerdings ist bei der Herstellung des Kragens ohne lokale Massivumformung zu beachten, dass das Weiten von Material für den jeweiligen Werkstoff eine erhebliche Belastung darstellt, da insbesondere die Kantenbereiche extrem gedehnt werden. Wird die Dehnungsfähigkeit des Materials dabei überschritten, kommt es lokal entweder zu grenzwertigen Dehnungen mit herabgesetzten Einsatzmöglichkeiten oder zu Materialversagen und der Werkstoff reißt im Bereich des Kragens auf oder ein.
Somit ist das Lochaufweitungsvermögen nicht nur vom anfänglichen oder zu erzielenden Lochabmessung, sondern auch vom Material selbst abhängig, was der erzielbaren Kragengröße und/oder Kragenlänge Grenzen setzt. So besitzen etwa weiche, tiefziehfähige Stähle ein gutes Lochaufweitungsvermögen. Entsprechend ist das Lochaufweitungsvermögen bei hochfesten Stählen geringer, sodass als Folge insbesondere die mit diesen Werkstoffen erzielbare Kragenlänge stark eingeschränkt sein kann.
Um jedoch dennoch die erzielbare Kragenlänge zu vergrößern, ist beispielsweise aus der Druckschrift US 1,613,961 bekannt, zur Vermeidung von Rissen bei der
Herstellung von Aushalsungen zunächst ein Loch oder eine Öffnung in ein ebenes Blech zu formen. Anschließend wird das Blech in ein Werkzeug eingelegt und die Öffnung des gelochten, ebenen Blechs mittels eines kegeligen Stempels geweitet und ein Kragen ausgeformt. Dabei soll das Material um das Loch herum ausreichend sein, um den Kragen der gewünschten Länge auszuformen.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 029 124 AI ist ebenfalls eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushalsen von Blechen unter Benutzung eines Stempels und eines Gegenhalters bekannt, wobei die Ausformhöhe des Aushalskragens prozesssicher erreicht werden soll. Dabei wird ein ebenes, mit einem Loch versehenes Blech in eine Vorrichtung eingelegt und dort mittels eines Stempels und eines Gesenks ein Kragen ausgeformt. Eine Verbesserung der Prozesssicherheit soll dadurch erreicht werden, dass ein Gegenhalter gelenkig ausgebildet wird, um besser am Blech anliegen zu können.
Allerdings ermöglichen die bisherigen Ansätze die Ausformung von Kragen, insbesondere in Hinblick auf deren Länge, entweder nicht in zufriedenstellendem Maße oder die Umsetzung ist vergleichsweise aufwendig, beispielsweise durch die Implementierung von Hydroformen. Daher besteht weiterhin der Bedarf, vergrößerte Kragenlängen auch bei hochfesten und anderen Metallen bzw. hochfesten Stählen zu ermöglichen, ohne jedoch auf aufwendigere Verfahren wie etwa Hydroformen ausweichen zu müssen.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück zur Verfügung zu stellen, wobei große Kragenlängen bei guter Qualität auch bei hochfesten Metallen, insbesondere hochfesten Stählen auf einfache Weise erreicht werden können.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Tiefziehen des Werkstücks in eine Tiefziehrichtung mittels eines
Ziehstempels, welcher einen ersten Ziehstempelteil und einen relativ zu dem ersten Ziehstempelteil beweglichen zweiten Ziehstempelteil aufweist, wobei das
tiefgezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschießenden tiefgezogenen Bereich aufweist und der tiefgezogene Bereich einen Zargenbereich und einen sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist, Lochen des Ziehbodens unter relativer gegenläufiger Bewegung eines
Ziehstempelteils und eines dem Ziehstempel gegenüberliegend angeordneten
Gegenstempels, sodass eine Öffnung im Ziehboden entsteht und sich an den
Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt, und Weiten des
Ziehbodenteilbereichs.
Es hat sich gezeigt, dass es beim Auskragen oder Aushalsen vorteilhaft ist, den durch mindestens einen Tiefziehvorgang erzeugten Zargenbereich in Kombination mit einem geweiteten Ziehbodenteilbereich dazu zu verwenden, bei Bedarf längere und präzise Kragen auszuformen, da sowohl der Zargenbereich als auch der geweitete Ziehbodenteilbereich zumindest einen Teil des Kragens bilden. Anders ausgedrückt umfasst der Kragen den Zargenbereich und den geweiteten Ziehbodenteilbereich. Besonders vorteilhaft ist, dass das Verfahren einfach in bestehende pressengestützte Verfahrensschritte implementiert werden kann. Insbesondere durch das Vorsehen eines Ziehstempels, welcher einen ersten und einen zweiten Ziehstempelteil aufweist, kann ein besonders vorteilhaft zu implementierendes Verfahren bereitgestellt werden. Bilden der erste und der zweite Ziehstempelteil den Ziehstempelboden des Ziehstempels, kann der Ziehstempelboden im Ergebnis durch eine relative Bewegung des ersten und des zweiten Ziehstempelteils an den jeweiligen Verfahrensschritt angepasst werden kann. Somit können Prozessschritte zur Erzielung einer großen Kragenlänge von zufriedenstellender Qualität in einer Vorrichtung durchgeführt werden.
Bevorzugt erfolgt daher zunächst das Einlegen des Werkstücks in eine Vorrichtung, das heißt das Werkstück wird zwischen den Ziehstempel und Gegenstempel gebracht. Anschließend erfolgen die Verfahrensschritte Tiefziehen, Lochen und Weiten insbesondere in ein und derselben Vorrichtung. Schließlich kann das Werkstück mit ausgebildetem Kragen der Vorrichtung entnommen werden.
Unter einer relativen gegenläufigen Bewegung wird verstanden, dass sich
beispielswiese entweder der Ziehstempelteil oder der Gegenstempel auf den jeweils anderen Stempel zubewegt oder dass sich beide Stempel aufeinander zu bewegen.
Das Werkstück besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Als Stahl kommen nicht nur weiche tiefziehfähige Stähle in Betracht, sondern auch höherfeste bzw. hochfeste Stähle. Das Werkstück kann beispielsweise eine im Wesentlichen ebene, insbesondere ungelochte Platine oder ein Halbzeug sein. Mit dem Verfahren kann dann sehr effizient ein Kragen direkt an der Platine angeformt werden. Ebenfalls ist denkbar, dass das Werkstück bereits ein geformtes, beispielsweise ein
tiefgezogenes Werkstück ist, beispielsweise ein Fertigteil. Das Tiefziehen kann somit mehrstufig beispielsweise in unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt werden, um die Kragenlänge weiter zu vergrößern bzw. die einzelnen Verfahrensschritte flexibel durchzuführen. Das Tiefziehen im Rahmen des Verfahrens stellt dann beispielsweise den letzten Tiefziehschritt dar. Das Verfahren kann beispielsweise Teil einer Kaltumformung oder Warmumformung sein, oder in eine solche integriert sein. Beispielsweise kann das Tiefziehen, das Lochen und/oder das Weiten als Warmumformung oder Kaltumformung erfolgen. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und der Kragenqualität entspricht die Breite des Ziehbodenteilbereichs in radialer Richtung vorzugsweise höchstens der maximalen Aufweitbreite des Werkstoffs.
Der Ziehstempel kann beispielsweise an ein Gesenk angepasst sein, welches ebenfalls zumindest abschnittsweise einen entsprechenden Querschnitt aufweist.
Beispielsweise ist das Gesenk ein Aushalsgesenk mit einer Aushalskontur, in welche der Zargenbereich eingeformt werden kann, wodurch das Tiefziehen während des Auskragens prozesssicher erfolgen kann. Grundsätzlich können die Stempel in Tiefziehrichtung gesehen unterschiedliche
Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise runde, ovale oder eckige Querschnitte. Besonders gute Ergebnisse bezüglich der Kragenqualität werden jedoch erzielt, wenn der erste Ziehstempelteil, der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen oder rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Beispielsweise ist der zweite Ziehstempelteil konzentrisch im ersten Ziehstempelteil angeordnet. Beispielsweise kann zunächst ein napfförmiger tiefgezogener Bereich mittels des Tiefziehens erzeugt werden und anschließend durch das Lochen beispielsweise ein nabenförmiger Kragen entstehen. Der Ziehboden kann grundsätzlich parallel oder schräg zum Flanschbereich des Werkstücks ausgeformt sein. Zudem kann die Berandungslinie des Ziehbodens linear, wellenförmig oder andersförmig ausgeformt sein.
Beispielsweise kann eine kreisförmige Öffnung in den Ziehboden gelocht werden. Allerdings sind auch hier andere geometrische Querschnitte, welche sich zum Lochen eignen, verwendbar, etwa ovale oder eckige Querschnitte. Dabei können die verwendeten Querschnittsformen beim Tiefziehen und beim Lochen im Wesentlichen, etwa bis auf einen Offset, übereinstimmen oder es können unterschiedliche Formen verwendet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt das Lochen des Ziehbodens unter relativer gegenläufiger
Bewegung des ersten Ziehstempelteils und des Gegenstempels, sodass die Öffnung im Ziehboden im Bereich des zweiten Ziehstempelteils und der verbleibende
Ziehbodenteilbereich im Bereich des ersten Ziehstempelteils entstehen. In diesem Fall erfüllt der Gegenstempel die Funktion eines Lochstempels, etwa eines Schneid- oder Stanzstempels. Gleichzeitig erfüllt der Ziehstempel, insbesondere der erste Ziehstempelteil die Funktion einer Lochmatrize, indem dieser einen
Matrizenbereich aufweist. Im Ergebnis können somit lange Kragenbereiche sehr effizient in ein pressengestütztes Verfahren integriert werden. Der zweite
Ziehstempelteil ist dabei beispielsweise an den Matrizenbereich angepasst, sodass der zweite Ziehstempelteil in dem Matrizenbereich beweglich angeordnet werden kann und diesen ausfüllen kann. Dadurch, dass der erste Ziehstempelteil und der zweite Ziehstempelteil relativ zueinander beweglich sind, kann der Gegenstempel
beispielsweise im Bereich des zweiten Ziehstempelteils relativ zu dem ersten
Ziehstempelteil gesehen in diesen eingreifen oder einfahren. Das heißt, dass der Gegenstempel beispielsweise an den im ersten Ziehstempelteil vorgesehenen
Matrizenbereich angepasst ist, beispielsweise zumindest abschnittsweise den gleichen Querschnitt wie der zweite Ziehstempelteil aufweist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bilden der erste Ziehstempelteil und der zweite Ziehstempelteil während des Tiefziehens einen im Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden. Dadurch kann ein flächiger Kontakt des Ziehstempels sowohl im Bereich des ersten
Ziehstempelteils als auch im Bereich des zweiten Ziehstempelteils mit dem Werkstück erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch während des Tiefziehens die
Qualität der späteren Kragenwandung weiter optimiert werden kann. Es kann nämlich vermieden werden, dass bei dem Verfahren ein Ziehstempel eingesetzt werden muss, welcher bereits während des Tiefziehvorgangs beispielsweise eine vorstehende Schneidkante aufweist, um die spätere Lochung durchzuführen. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch Einkerbungen am Material entstehen können, welche die spätere Qualität der Kragenwandung stark herabsetzen würden. Zudem hat sich gezeigt, dass durch Kanten im Bereich des Ziehstempelbodens ein zwischenzeitlich gewölbter Ziehboden mit relativ hohen Zugspannungen entstehen kann, was die Weitung des Ziehbodenteilbereichs einschränken würde.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bewegt sich der erste Ziehstempelteil während des Lochens des
Ziehbodens und während des Weitens des Ziehbodenteilbereichs relativ zum zweiten Ziehstempelteil in Tiefziehrichtung. Auf diese Weise kann das Verfahren besonders einfach realisiert werden, da sich der erste Ziehstempelteil lediglich in
Tiefziehrichtung zu bewegen braucht und so nach dem Tiefziehvorgang nacheinander das Lochen und das Weiten erfolgt. Durch die relative Bewegung gibt der zweite Ziehstempelteil beispielsweise den Matrizenbereich im ersten Ziehstempel frei, sodass der erste Ziehstempelteil ungehindert zum Lochen und Weiten in
Tiefziehrichtung verfahren kann. Dabei ist aufgrund der relativen Bewegung grundsätzlich denkbar, dass sich der erste Ziehstempelteil in Tiefziehrichtung bewegt oder der zweite Ziehstempelteil entgegen der Tiefziehrichtung bewegt.
Bevorzugt bewegt sich der erste Ziehstempelteil während des Lochens des
Ziehbodens und während des Weitens des Ziehbodenteilbereichs ebenfalls relativ zum Gegenstempel in Tiefziehrichtung. Beispielsweise können der zweite
Ziehstempelteil und der erste Ziehstempelteil fixiert sein, sodass sich lediglich der erste Ziehstempelteil in Tiefziehrichtung bewegen muss, um das Lochen und das Weiten durchzuführen. Wie bereits ausgeführt, kann dadurch ein effizientes Lochen in einem pressengestützten Verfahren erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel mit einem Gegendruckelement versehen, sodass der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel zumindest zeitweise eine Kraft auf das Werkstück ausüben. Der zweite Ziehstempelteil übt dabei eine Kraft in Tiefziehrichtung aus, während der Gegenstempel eine Kraft entgegen der Tiefziehrichtung auf das Werkstück, insbesondere den Ziehboden ausübt. Sind sowohl der zweite Ziehstempelteil als auch der Gegenstempel mit einem Gegendruckelement versehen, kann hierdurch der Ziehboden des Werkstücks beispielsweise zwischen dem zweiten Ziehstempelteil und dem Gegenstempel eingeklemmt werden.
Beispielweise bewegen sich der zweite Ziehstempelteil und der Gegenstempel dann relativ zueinander im Wesentlichen nicht. Hierdurch wird erreicht, dass das
Werkstück im Bereich des Ziehbodens durch den zweiten Ziehstempelteil bzw. den Gegenstempel gestützt werden kann, sodass unerwünschte Verformungen und das Einbringen von Spannungen vermieden werden können. Ebenfalls kann der
Materialfluss im Bereich des Ziehbodens durch die Kraftbeaufschlagung optimiert werden. Beispielsweise sind als Gegendruckelemente Federelemente vorgesehen, sodass der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel federnd gelagert sind. Beispielsweise ist der zweite Ziehstempelteil in dem ersten Ziehstempelteil federnd gelagert. Beispielsweise ist der Gegendruckstempel in dem Aushalsgesenk federnd gelagert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens übt der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel während des Tiefziehens des Werkstücks eine Kraft auf den Ziehboden aus. Dabei kann die Kraft beispielsweise zeitweise oder während des gesamten Tiefziehvorgangs ausgeübt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Prozesssicherheit während des Tiefziehens und damit die Kragenqualität verbessert werden, da dies wie ausgeführt unerwünschte
Verformungen und Spannungen im Werkstück während des Tiefziehens reduziert oder unterbindet.
Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wenn der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel während des Lochens des Ziehbodens eine Kraft auf den Ziehboden ausüben. Dadurch kann die Prozesssicherheit während des Lochens und damit wie bereits ausgeführt die
Kragenqualität verbessert werden. Vorzugsweise ist die durch den Gegenstempel auf den Ziehboden des Werkstücks ausgeübte Gegenkraft während des Tiefziehens geringer als während des Lochens, sodass zunächst ein Tiefziehen des Werkstücks einfach ermöglicht wird und anschließend eine ausreichend hohe Kraft zum Lochen des Ziehbodens erreicht wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden der erste Ziehstempelteil und der zweite Ziehstempelteil während des Tiefziehens einen im Wesentlichen ebenen oder einen gewölbten Ziehstempelboden.
Wird durch den ersten Ziehstempelteil und den zweiten Ziehstempelteil ein im
Wesentlichen ebener Ziehstempelboden gebildet, wird der Ziehboden während des Tiefziehens nur geringfügig vorgedehnt. Entsprechend ist auch nach abgeschlossenem Tiefziehvorgang der Ziehboden im Wesentlichen nicht ausgedünnt und der
Ziehbodenteilbereich kann entsprechend viel Material für die Weitung zur Verfügung stellen, insbesondere ohne dass Reißer auftreten. Der Ziehboden kann sich im
Längsschnitt gesehen beispielsweise im Wesentlichen rechtwinkelig an den
Zargenbereich anschließen.
Wird durch den ersten Ziehstempelteil und den zweiten Ziehstempelteil ein gewölbter Ziehstempelboden gebildet, kann ein tiefgezogener Bereich erzielt werden, welcher im Vergleich zur Verwendung eines ebenen Ziehstempelbodens keinen ausgeprägten
Radienbereich beim Übergang vom Ziehboden zum Zargenbereich aufweist. Dadurch, dass weniger ausgeprägte Kanten vorhanden sind, kann der Ziehboden beim
Tiefziehen ebenfalls vorgestreckt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Material vom Ziehboden in den Übergangsbereich zwischen Ziehboden und Zargenbereich fließen kann, sodass eine Ausdünnung in dem beanspruchten Übergangsbereich reduziert oder vermieden werden kann. Zudem kann dadurch die Kragentiefe weiterhin erhöht werden, da beim Lochen des Ziehbodens nunmehr bereits ausgedünnter Ziehboden entfernt wird. Das zusätzliche Material, das in den Ziehbodenteilbereich, den
Zargenbereich oder den Übergangsbereich geflossen ist, kann sowohl die mögliche Ziehtiefe als auch die Aufweitung vergrößern. Beispielsweise ist der
Ziehstempelboden konvex gewölbt. Bevorzugt ist der Ziehstempelboden
tonnenförmig gewölbt. Grundsätzlich kann der Ziehstempelboden jedoch auch andersförmig gewölbt sein.
Die dem Ziehstempel gegenüberliegende Fläche des Gegenstempels kann in beiden Fällen an die Form des Ziehstempelbodens, insbesondere des zweiten
Ziehstempelteils, angepasst sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewegung des Gegenstempels in Tiefziehrichtung nach dem Tiefziehen gehemmt. Dadurch wird erreicht, dass der Gegenstempel dem Werkstück nach dem Tiefziehen eine ausreichend hohe Kraft entgegensetzen kann, sodass das Lochen des Werkstücks auf einfache Weise erreicht werden kann. Wie bereits ausgeführt, kann der
Gegenstempel als Lochstempel dienen, während der erste Ziehstempelteil als
Lochmatrize dienen kann und durch eine weitere Bewegung in Tiefziehrichtung in Zusammenwirken mit dem Lochstempel das Lochen des Ziehbodens erreichen kann. Beispielsweise wird das Hemmen durch einen am Gegenstempel vorgesehenen Endlagenabsatz realisiert, welcher nach erfolgtem Tiefziehen mit einem
entsprechenden Endlagenabsatz beispielsweise am Gesenk korrespondiert, sodass eine weitere Bewegung des Gegenstempels in Tiefziehrichtung unterbunden wird. Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte
Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, mit Mitteln zum Fixieren des Werkstücks, mit einem Ziehstempel, welcher einen ersten Ziehstempelteil und einen relativ zu dem ersten Ziehstempelteil beweglichen zweiten Ziehstempelteil aufweist, mit einem an den Ziehstempel angepassten Gesenk mit einer
Aushalskontur und mit einem dem Ziehstempel gegenüberliegend angeordneten Gegenstempel, wobei der Ziehstempel und das Gesenk zum Tiefziehen des Werkstücks in eine Tiefziehrichtung mittels einer relativen gegenläufigen Bewegung von Ziehstempel und Gesenk eingerichtet sind, wobei der Ziehstempel und der Gegenstempel dazu eingerichtet sind, einen im tiefgezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehboden unter relativer gegenläufiger Bewegung eines
Ziehstempelteils und des Gegenstempels zu lochen, und wobei der erste
Ziehstempelteil zum Weiten eines nach der Lochung entstehenden
Ziehbodenteilbereichs eingerichtet ist.
Wie bereits in Bezug auf das Verfahren ausgeführt, hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Vorrichtung lange und präzise Kragen ausgeformt werden können, insbesondere in einem einzigen Tiefziehschritt, an welchen sich das Lochen und das Weiten unmittelbar anschließt. Insbesondere durch das Vorsehen eines Ziehstempels, welcher einen ersten und einen zweiten Ziehstempelteil aufweist, kann eine besonders vorteilhafte Vorrichtung bereitgestellt werden, da der Ziehstempelboden des Ziehstempels im Ergebnis durch relative Bewegung des ersten und des zweiten Ziehstempelteils in oder entgegen der Tiefziehrichtung an den jeweiligen
Verfahrensschritt angepasst werden kann. Somit können Prozessschritte zur
Erzielung einer großen Kragenlänge von zufriedenstellender Qualität in einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden.
Beispielsweise sind die Mittel zum Fixieren des Werkstücks derart ausgebildet, dass das Werkstück mit seinem Flanschbereich in der Vorrichtung fixiert werden kann. Insbesondere sind der Ziehstempel und das Gesenk derart eingerichtet, dass durch Tiefziehen ein sich an den Flanschbereich des Werkstücks anschließender
tiefgezogener Bereich mit einem sich entlang der Aushalskontur erstreckenden
Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden entsteht.
Durch eine relative Bewegung des Ziehstempels, insbesondere des ersten
Ziehstempelteils und des Gesenks können insbesondere das Tiefziehen und das
Aufweiten des Kragens erfolgen. Die Breite des Ziehbodens des ersten Ziehstempelteils in radialer Richtung entspricht vorzugsweise höchstens der maximalen Aufweitbreite des Werkstoffs des
Werkstücks, um ein prozesssicheres Weiten zu ermöglichen. Bevorzugt ist die Vorrichtung für eine relative gegenläufige Bewegung des ersten Ziehstempelteils und des Gegenstempels zum Lochen des Ziehbodens eingerichtet, sodass die Öffnung im Ziehboden im Bereich des zweiten Ziehstempelteils und der Ziehbodenteilbereich im Bereich des ersten Ziehstempelteils entstehen. Um die Qualität der späteren Kragenwandung weiter zu optimieren, weist gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Ziehstempel während des Tiefziehens einen im Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden auf.
Beispielsweise weisen der erste und der zweite Ziehstempelteil hierzu während des Tiefziehens eine entsprechende Ausrichtung zueinander auf.
Ist die Vorrichtung zur Bewegung des ersten Ziehstempelteils relativ zum zweiten Ziehstempelteil in Tiefziehrichtung während des Lochens und während des Weitens des Ziehbodenteilbereichs eingerichtet, kann ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung erreicht werden. Gleichzeitig kann erreicht werden, dass der
Ziehstempelboden nach dem Tiefziehen durch die relative Bewegung der
Ziehstempelteile an das Lochen und Weiten angepasst wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel mit einem Gegendruckelement versehen, sodass zumindest zeitweise mit dem zweiten Ziehstempelteil und/oder
Gegenstempel eine Kraft auf das Werkstück ausgeübt werden kann. Im Ergebnis kann eine unerwünschte Verformung und das Einbringen von Spannungen vermieden werden. Wie bereits ausgeführt, kann das Gegendruckelement beispielsweise als Federelement ausgeführt sein. Bevorzugt übt der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel dabei während des Lochens des Ziehbodens eine Kraft auf den
Ziehboden aus. Weiter bevorzugt übt der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel während des Tiefziehens des Werkstücks eine Kraft auf das Werkstück aus.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Ziehstempel während des Tiefziehens einen im Wesentlichen ebenen oder einen gewölbten Ziehstempelboden auf. Ist ein im Wesentlichen ebener Ziehstempelboden vorgesehen, kann wie bereits ausgeführt durch eine Vermeidung eines Materialflusses in den Zargenbereich viel Material im Ziehbodenteilbereich für die Weitung zur Verfügung gestellt werden. Ist ein gewölbter Ziehstempelboden vorgesehen, kann das Material vom Ziehboden in den Übergangsbereich zwischen Ziehboden und
Zargenbereich fließen, sodass eine Ausdünnung in dem beanspruchten
Übergangsbereich reduziert oder vermieden werden kann.
Weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorrichtung Mittel zur Hemmung der Bewegung des Gegenstempels in
Tiefziehrichtung nach dem Tiefziehen auf, kann der Gegenstempel eine ausreichend hohe Gegenkraft aufbringen, sodass eine prozesssichere Lochung erfolgen kann.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Beschreibung der Ausgestaltungen des Verfahrens und deren Vorteile verwiesen.
Durch die vorherige oder folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur
Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. l ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens in schematischer Ansicht in einem Teil-Längsschnitt zum Zeitpunkt vor dem Tiefziehen; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 nach dem
Tiefziehen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 nach dem
Lochen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 nach dem
Weiten;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 nach dem
Auswerfen; und
Fig. 6 - 10 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens in schematischer Ansicht in einem Teil-Längsschnitt zu verschiedenen Zeitpunkten.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens in schematischer Ansicht in einem Teil-Längsschnitt zum Zeitpunkt vor dem Tiefziehen. Die Vorrichtung 1 ist in diesem Fall rotationssymmetrisch um die Achse A aufgebaut. In die Vorrichtung 1 wird zunächst ein Werkstück 2 eingelegt, welches als im Wesentlichen ebene, im tiefzuziehenden Bereich ungelochte Platine ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist mit dem Niederhalter 4 Mittel zum Fixieren des Werkstücks 2 auf. Zudem weist die Vorrichtung 1 einen Ziehstempel 6 auf, welcher einen ersten Ziehstempelteil 8 und einen in Tiefziehrichtung 7 gesehen relativ zu dem ersten Ziehstempelteil 8 beweglichen zweiten Ziehstempelteil 10 aufweist. Der Bereich des (späteren)
Ziehbodens 3 des Werkstücks 2 ist im Bereich des Ziehstempelteils 8 positioniert. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen an den Ziehstempel 6 angepasstes Gesenk 12 mit einer Aushalskontur 14 auf. In das Gesenk integriert ist ein dem Ziehstempel 6 gegenüberliegend angeordneter Gegenstempel 16 vorgesehen. Der Gegenstempel 16 weist mit einem sich radial vorstehenden Endlagenabsatz 18 Mittel zur Hemmung der Bewegung des Gegenstempels 16 in Tiefziehrichtung 7 auf. Der Endlagenabsatz 18 überlappt hierzu in Tiefziehrichtung 7 gesehen mit dem Endlagenabsatz 20 des Gesenks 12. Der zweite Ziehstempelteil 10 und der Gegenstempel 16 weisen eine im Wesentlichen gleiche Breite in radialer Richtung auf. Der zweite Ziehstempelteil 10 und der Gegenstempel 16 sind jeweils mit einem
Gegendruckelement 22, 24 versehen, welche als Druckfederelemente ausgebildet sind. Dadurch ist der zweite Ziehstempelteil 10 federnd im ersten Ziehstempelteil 8 gelagert. Der Gegenstempel 16 ist federnd im Gesenk 12 gelagert. Die
Gegendruckelemente 22, 24 ermöglichen durch den zweiten Ziehstempelteil 10 eine Kraftbeaufschlagung des Werkstücks 2 in Tiefziehrichtung 7 und durch den
Gegenstempel 16 eine Kraftbeaufschlagung des Werkstücks 2 entgegen der
Tiefziehrichtung 7.
Der erste Ziehstempelteil 8 weist zudem einen Matrizenbereich 25 mit einer
Schneidkante auf. In dem Matrizenbereich 25 ist zu diesem Zeitpunkt der zweite Ziehstempelteil 10 angeordnet. Dadurch weist der Ziehstempel 6 einen im
Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden auf, welcher in Kontakt mit dem
Ziehboden 3 ist. Der erste Ziehstempelteil 8 und der zweite Ziehstempelteil 10 sind in diesem Fall so ausgebildet, dass der Ziehstempelboden des Ziehstempels 6 im
Wesentlichen eben ist und sich quer zur Tiefziehrichtung 7 erstreckt.
Die radiale Breite 9 des ersten Ziehstempels 8 entspricht dabei höchstens der maximalen Aufweitbreite des Werkstoffs. Fig. 2 zeigt nun eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 nach dem
Tiefziehen. Da der Ziehstempel 6 und das Gesenk 12 für eine relative gegenläufige Bewegung von Ziehstempel 6 und Gesenk 12 eingerichtet sind, kann ein Tiefziehen des Werkstücks 2 in eine Tiefziehrichtung 7 erfolgen.
Durch das Tiefziehen des Werkstücks bildet sich ein Flanschbereich 26 und ein sich an den Flanschbereich 26 anschießender tiefgezogener Bereich 28 aus. Der tiefgezogene Bereich 28 weist wiederum einen Zargenbereich 30 und den sich an den
Zargenbereich 30 anschließenden Ziehboden 3 auf. Wie zu erkennen ist, wird während des Tiefziehens hauptsächlich Material aus dem Flanschbereich 26 verwendet, um den Zargenbereich 30 auszubilden, während der Ziehboden 3 des Werkstücks 2 im Wesentlichen nicht ausdünnt. Auch entstehen keine unerwünschten Einkerbungen im Ziehboden 3, da der Ziehstempel 6 einen im Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden aufweist.
Während des Tiefziehens wird durch die Bewegung des Ziehstempels 6 in
Tiefziehrichtung 7 zudem der Gegenstempel 16 in Tiefziehrichtung 7 gedrückt und dadurch das Druckfederelement 24 gespannt, sodass der Gegenstempel 16 während des Tiefziehens des Werkstücks 2 eine Kraft auf das Werkstück 2 ausübt. Dadurch, dass der zweite Ziehstempelteil 10 vorgesehen ist, welcher gegenüber dem ersten Ziehstempelteil 8 ebenfalls federgelagert ist und dadurch eine Kraft in
Tiefziehrichtung 7 auf das Werkstück 2 ausüben kann, verformt oder wölbt sich das Werkstück 2 im Bereich des Ziehbodens 3 im Wesentlichen nicht. Dadurch werden keine unerwünschten Spannungen im Bereich des Ziehbodens 3 in das Werkstück 2 eingebracht. Da der zweite Ziehstempelteil 10 der Gegenkraft des Gegenstempels 16 während des Tiefziehens standhalten soll, weist das Druckfederelement 24 eine höhere Federsteifigkeit auf als das Druckfederelement 22.
In Fig. 2 ist der Gegenstempel 16 in seiner Endposition angelangt. Eine weitere Bewegung in Tiefziehrichtung 7 wird dadurch verhindert, dass der Endlagenabsatz 18 des Gegenstempels 16 an den Endlagenabsatz 20 des Gesenks 12 anstößt. Durch weitere Bewegung des ersten Ziehstempelteils 8 in Tiefziehrichtung 7, fungiert der erste Ziehstempelteil 8 nun als Lochmatrize und der Gegenstempel 16 als
Lochstempel. Fig. 3 zeigt hierzu eine schematische Darstellung der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 nach dem Lochen. Durch eine relative gegenläufige Bewegung des ersten Ziehstempelteils 8 und des dem zweiten Ziehstempelteil 10 gegenüberliegenden Gegenstempels 16 wurde der im tiefgezogenen Bereich 28 des Werkstücks 2 befindliche Ziehboden 3 gelocht. Dabei wird die relative gegenläufige Bewegung durch eine Bewegung des ersten Ziehstempelteils 8 in Tiefziehrichtung 7 realisiert, während der Gegenstempel 16 in seiner Bewegung in Tiefziehrichtung 7 gehemmt ist. Dies ist möglich, da sich der erste Ziehstempelteil 8 während des Lochens des Ziehbodens 3 relativ zum zweiten Ziehstempelteil 10 in Tiefziehrichtung 7 bewegen kann. Sowohl der zweite
Ziehstempelteil 10 als auch der Gegenstempel 16 üben während des Lochens des Ziehbodens 3 eine Kraft auf den Ziehboden 3 aus. Durch die Hemmung des
Gegenstempels 16 schneidet dieser in Kombination mit dem ersten Ziehstempelteil 10 eine Schneidbutzen 32 aus dem Ziehboden 3. Dadurch verbleibt ein
Ziehbodenteilbereich 34 an dem Werkstück 2. Damit entsteht die Öffnung im
Ziehboden 3 im Bereich des zweiten Ziehstempelteils 10 und der
Ziehbodenteilbereich 34 im Bereich des ersten Ziehstempelteils 8.
Im Anschluss wird der erste Ziehstempelteil 8 weiter in Tiefziehrichtung 7 verfahren. Dies ist möglich, da sich der erste Ziehstempelteil 8 weiterhin relativ zum zweiten Ziehstempelteil 10 in Tiefziehrichtung 7 bewegen kann. Dadurch wird der nach der Lochung entstehende Ziehbodenteilbereich 34 geweitet, sodass der geweitete
Ziehbodenteilbereich 34 zusammen mit dem Zargenbereich 30 den Kragen bildet. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 nach dem Weiten.
Das Verfahren ist deshalb besonders einfach durchzuführen, da lediglich eine Kraft in Tiefziehrichtung 7 auf den Ziehstempel 6, insbesondere nur auf den Ziehstempelteil 8, ausgeübt werden muss, um einen automatisierten Ablauf des Tiefziehens, Lochens und Weitens zu erreichen. Anschließend verfahren der Ziehstempel 6 und der Niederhalter 4 entgegen der Tiefziehrichtung, dargestellt durch Pfeil 36, um das Werkstück 2 mit ausgebildetem Kragen entnehmen zu können. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der
Vorrichtung 1 aus Fig. 1 nach dem Auswerfen des Werkstücks 2. Der Endlagenabsatz 18 des Gegenstempels 16 wirkt dabei vorteilhaft als Auswerfer für das Werkstück 2. Zudem drückt der zweite Ziehstempel 10 aufgrund des Druckfederelements 22 den Schneidbutzen 32 aus dem Matrizenbereich 25 des ersten Ziehstempelteils 8 heraus, sodass dieser wie in Fig. 5 gezeigt auf dem Gegenstempel 16 zu liegen kommt.
Die Fig. 6 - 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens in schematischer Ansicht in einem Teil-Längsschnitt zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Vorrichtung 1' ist ähnlich zu der Vorrichtung 1 aufgebaut und führt das Verfahren im Wesentlichen wie in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschrieben durch.
Insofern wird zunächst auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 5 verwiesen. Die
Vorrichtung ist wiederum rotationssymmetrische um die Achse A aufgebaut, sodass nur ein Teil-Längsschnitt gezeigt ist. Im Folgenden soll lediglich auf die Unterschiede zu der Vorrichtung 1 und dem damit durchgeführten Verfahren eingegangen werden.
Im Unterschied zu dem Ziehstempel 6 ist der Ziehstempel 6' mit einem gewölbten, konvexen, tonnenförmigen Ziehstempelboden ausgebildet. Hierzu sind der erste Ziehstempelteil 8' und der zweite Ziehstempelteil 10' entsprechend in ihrem
Ziehstempelboden angepasst. Wie im Vergleich zum Ziehstempel 6 der Vorrichtung 1 zu sehen ist, weist insbesondere der erste Ziehstempelteil 8' keinen ausgeprägten Kanten- oder Radienbereich mehr auf.
Der Gegenstempel 16' der Vorrichtung 1' weist im Unterschied zum Gegenstempel 16 der Vorrichtung 1 eine an den Boden des zweiten Ziehstempelteils 10' angepasste
Fläche auf. Das heißt, dass die dem zweiten Ziehstempelteil 10' gegenüberliegende Fläche des Gegenstempels 16' in diesem Fall eine konkave Wölbung aufweist. Im Unterschied zu dem Verfahren der Vorrichtung 1, wird während des Tiefziehens mit der Vorrichtung , wie in der Fig. 7 gezeigt, ein tiefgezogener Bereich 28 erzielt, welcher im Vergleich zur Verwendung eines ebenen Ziehstempelbodens keinen ausgeprägten Kanten- oder Radienbereich beim Übergang vom Ziehboden 3 zum Zargenbereich 30 aufweist. Der Ziehboden 3 wird beim Tiefziehen daher ebenfalls vorgestreckt. Dadurch fließt zusätzliches Material vom Ziehboden 3 in den
Übergangsbereich zwischen Ziehboden 3 und Zargenbereich 30. Dies reduziert eine Ausdünnung in dem beanspruchten Übergangsbereich. Zudem kann die Kragentiefe weiterhin erhöht werden, da beim Lochen des Ziehbodens 3 nunmehr bereits ausgedünnter Ziehboden 3 entfernt wird. Das zusätzliche Material, das in den Ziehbodenteilbereich 34, den Zargenbereich 30 oder den dazwischenliegenden Übergangsbereich geflossen ist, kann sowohl die mögliche Ziehtiefe als auch die Aufweitung vergrößern.
Wie bereits in Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschrieben, zeigen nun die Fig. 8 bis 10 schematische Darstellungen der Vorrichtung aus Fig. 6 nach dem Lochen, nach dem Weiten und nach dem Auswerfen des mit einem Kragen versehenen Werkstücks 2.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück, umfassend die Schritte:
Tiefziehen des Werkstücks in eine Tiefziehrichtung mittels eines Ziehstempels, welcher einen ersten Ziehstempelteil und einen relativ zu dem ersten
Ziehstempelteil beweglichen zweiten Ziehstempelteil aufweist, wobei das tiefgezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den
Flanschbereich anschießenden tiefgezogenen Bereich aufweist und der tiefgezogene Bereich einen Zargenbereich und einen sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist,
Lochen des Ziehbodens unter relativer gegenläufiger Bewegung eines
Ziehstempelteils und eines dem Ziehstempel gegenüberliegend angeordneten Gegenstempels, sodass eine Öffnung im Ziehboden entsteht und sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt, und
Weiten des Ziehbodenteilbereichs.
Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Lochen des Ziehbodens unter relativer gegenläufiger Bewegung des ersten Ziehstempelteils und des Gegenstempels erfolgt, sodass die Öffnung im Ziehboden im Bereich des zweiten Ziehstempelteils und der
Ziehbodenteilbereich im Bereich des ersten Ziehstempelteils entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der erste Ziehstempelteil und der zweite Ziehstempelteil während des Tiefziehens einen im Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei sich der erste Ziehstempelteil während des Lochens des Ziehbodens und während des Weitens des Ziehbodenteilbereichs relativ zum zweiten
Ziehstempelteil in Tiefziehrichtung bewegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel mit einem
Gegendruckelement versehen sind, sodass der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel zumindest zeitweise eine Kraft auf das Werkstück ausüben.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel während des Tiefziehens des Werkstücks eine Kraft auf das Werkstück ausüben.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der zweite Ziehstempelteil und/oder der Gegenstempel während des Lochens des Ziehbodens eine Kraft auf den Ziehboden ausüben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der erste Ziehstempelteil und der zweite Ziehstempelteil während des Tiefziehens einen im Wesentlichen ebenen oder einen gewölbten
Ziehstempelboden bilden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Bewegung des Gegenstempels in Tiefziehrichtung nach dem Tiefziehen gehemmt wird.
10. Vorrichtung (1, 1') zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück (2),
insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
mit Mitteln (4) zum Fixieren des Werkstücks (2),
mit einem Ziehstempel (6, 6') , welcher einen ersten Ziehstempelteil (8, 8') und einen relativ zu dem ersten Ziehstempelteil (8, 8') beweglichen zweiten
Ziehstempelteil (10, 10') aufweist,
mit einem an den Ziehstempel (6, 6') angepassten Gesenk (12) mit einer
Aushalskontur (14),
mit einem dem Ziehstempel (6, 6') gegenüberliegend angeordneten
Gegenstempel (16, 16'), wobei der Ziehstempel (6, 6') und das Gesenk (12) zum Tiefziehen des
Werkstücks (2) in eine Tiefziehrichtung (7) mittels einer relativen gegenläufigen Bewegung von Ziehstempel (6, 6') und Gesenk (12) eingerichtet sind,
wobei der Ziehstempel (6, 6') und der Gegenstempel (16, 16') dazu eingerichtet sind, einen im tiefgezogenen Bereich des Werkstücks (2) befindlichen Ziehboden
(3) unter relativer gegenläufiger Bewegung eines Ziehstempelteils (8, 8', 10, 10') und des Gegenstempels (16, 16') zu lochen, und
wobei der erste Ziehstempelteil (8, 8') zum Weiten eines nach der Lochung entstehenden Ziehbodenteilbereichs (34) eingerichtet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
wobei der Ziehstempel (6, 6') während des Tiefziehens einen im Wesentlichen kantenfreien Ziehstempelboden aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
wobei die Vorrichtung zur Bewegung des ersten Ziehstempelteils (8, 8') relativ zum zweiten Ziehstempelteil (10, 10') in Tiefziehrichtung (7) während des Lochens und während des Weitens des Ziehbodenteilbereichs (34) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei der zweite Ziehstempelteil (10, 10') und/oder der Gegenstempel (16, 16') mit einem Gegendruckelement (22, 24) versehen sind, sodass zumindest zeitweise mit dem zweiten Ziehstempelteil (10, 10') und/oder Gegenstempel (16, 16') eine Kraft auf das Werkstück (2) ausgeübt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei der Ziehstempel (6, 6') während des Tiefziehens einen im Wesentlichen ebenen oder einen gewölbten Ziehstempelboden aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
wobei die Vorrichtung Mittel (18, 20) zur Hemmung der Bewegung des
Gegenstempels (16, 16') in Tiefziehrichtung (7) nach dem Tiefzieher—
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