WO2023117464A1 - Verfahren zur herstellung von blechbauteilen und vorrichtung hierfür - Google Patents

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WO2023117464A1
WO2023117464A1 PCT/EP2022/084986 EP2022084986W WO2023117464A1 WO 2023117464 A1 WO2023117464 A1 WO 2023117464A1 EP 2022084986 W EP2022084986 W EP 2022084986W WO 2023117464 A1 WO2023117464 A1 WO 2023117464A1
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WO
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sheet metal
stamp
metal preform
preform
calibrating
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PCT/EP2022/084986
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Martin Kibben
Peter Sieczkarek
Michael Linnepe
Alexander PETRIC
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Thyssenkrupp Steel Europe 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
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/10—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts between rams and anvils or abutments
    • 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
    • B21D22/21—Deep-drawing without fixing the border of the blank
    • 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
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K23/00—Making other articles

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing sheet metal components.
  • the invention is therefore based on the object of providing a generic method and a generic device with which dimensionally stable sheet metal components can be produced which are flangeless at least in sections.
  • the method for producing a sheet metal component comprises at least two steps: Preforming a sheet metal into a sheet metal preform in a preforming tool, the sheet metal preform being designed as an open profile with an opening and in its longitudinal extension at least one flangeless section and has excess sheet metal material at least in regions; and final forming of the sheet metal preform into a sheet metal component in a calibrating tool comprising at least one calibrating stamp and at least one calibrating die, in which the excess sheet metal material in the sheet metal preform is compressed by relative movement between the calibrating stamp and calibrating die, with the edge of the sheet metal preform present at least in the flange-less section being compressed during the final forming comes into contact with a stamp shoulder of the calibration stamp by relative movement, is supported on it and is subjected to pressure, in particular in order to be upset.
  • dimensionally stable sheet metal components can be produced which are flangeless at least in sections and, in particular, can be calibrated or finish-formed with a rather small frame opening angle of less than 6° with a simplified calibration tool design.
  • During upsetting or calibrating by superimposing compressive stress at least the edge of the sheet metal preform present in the flangeless section can be supported on the stamp shoulder of the calibrating stamp. It should be noted that during the calibration process, when the calibration tool is closed, the sheet metal preform is not pinched between the calibration stamp and the calibration die, which would damage the finished sheet metal component and/or the calibration tool.
  • the frame opening angle is the maximum angle by which the sheet metal component frame can be rotated inwards in relation to the effective direction of the calibration tool (press ram) around an axis oriented in the longitudinal extension of the sheet metal component in the transition area between frame and sheet metal component base before an undercut occurs in the tool.
  • the sheet metal preform as well as the final sheet metal component has at least one base and at least two protruding frames, each with a transition between the base and the two frames.
  • both the sheet metal Preform and the final sheet metal component in the longitudinal extension at least one flangeless section available. This means that either local sections can be designed without flanges on one or both sides, or one side can be designed completely without flanges and/or optionally the other side can be designed without flanges only in part.
  • the sheet metal preform and also the final sheet metal component can be designed without flanges.
  • a flange can be connected to one of the frames and at least in sections, in which case the sheet metal preform as well as the final sheet metal component can have a transition between the frame and flange at least in sections.
  • the final sheet metal component preferably has sections with and without a flange.
  • the flangeless section can thus also be understood as being only on one side of the sheet metal preform, with the sheet metal preform also not being able to have a flange on both sides, at least locally viewed in cross section, depending on the design.
  • the sheet metal preform can be produced in one or more steps by means of any combination of shaping processes.
  • the preforming can, for example, include a deep-drawing-type shaping step.
  • a multi-stage shaping can also be carried out, comprising for example embossing of the base to be created and raising of the frames to be created or placement of the flanges to be created optionally in sections. Any combinations of folding and/or bending and/or (ver) embossing are also conceivable.
  • the deep-drawing-like shaping carried out for preforming for example, can in particular be carried out in one or more stages. Forming can preferably be carried out without active material flow control for the production of the sheet metal preform. Depending on the design, the preforming tool must then be designed accordingly.
  • Finish forming of the sheet metal preform means upsetting/calibrating, which can be achieved, for example, by one or more pressing processes. Excess sheet metal material is provided at least in regions in the sheet metal preform produced. The excess sheet metal material in the sheet metal preform has, at least in certain areas, a developed length in cross section which is between 0.5% and 6% longer in relation to the developed length of the finished sheet metal component (target geometry). The developed length of the cross sections of the sheet metal preform considered in this way is in particular between 0.7% and 4.3% longer than that of the finished sheet metal component.
  • the developed length of the cross sections varies too much, if the developed length is too short, there would not be enough excess sheet material available for the subsequent final forming, which would impair the dimensional accuracy of the final sheet metal component. If the unwound length of the transverse On the other hand, if the section of the sheet metal preform is too large, the oversized sheet metal material would collapse into waves during the subsequent final forming, which can mean an optical and/or dimensional defect. In addition, there is an increased risk of tool damage due to excessive compression forces or protruding, pinched sheet metal component areas, such as sheet metal edges.
  • the essentially completely formed sheet metal component can in this respect be understood as a finally formed sheet metal component.
  • the finished sheet metal component can be subjected to further processing steps that modify the sheet metal component, such as the introduction of connection holes and/or a small final trimming and/or the implementation of secondary shaping steps such as the introduction of additional, local embossing or For example, placing flanges on the sheet metal component ends.
  • the sheet metal preform produced and the finished sheet metal component essentially have a longitudinal extent and a transverse extent, with the longitudinal extent being greater than the transverse extent in most sheet metal components in terms of dimensioning.
  • cross-section means a cut through the transverse extension of the sheet metal preform/sheet metal component.
  • the sheet metal preform is placed in the calibration tool in such a way that its opening points downwards and is positioned on the calibration stamp.
  • the advantage of inserting the sheet metal preform produced as an open profile with the opening facing downwards is that the sheet metal preform can be positioned better and more easily.
  • the calibrating die is stationary and the calibrating die is designed to be movable in the calibrating tool.
  • the upsetting-Zcalibration force generated during final forming is conducted into the calibration stamp via the edge of the sheet metal preform, which is present at least in the flangeless section, an excessively large gap between the edge of the sheet metal preform in the calibration stamp and, in particular, the vertical die cheek of the calibration die positioned above would damage the sheet metal component and lead to high wear or damage to the calibration tool.
  • the edge of the sheet metal preform is surrounded on all sides by stable tool surfaces, especially before the start of final forming, before the edge of the sheet metal preform is supported on the stamp shoulder on the calibration stamp during final forming and a final sheet metal component geometry can be generated in the actual calibration process.
  • the sheet metal preform is provided with a base which, during the course of the preforming, is subjected to excess sheet metal material, at least in the flangeless section, in such a way that a base area that bulges in the direction of the opening has been produced during the preforming, so that the Sheet metal preform is positioned at least over the bulging bottom area at least in the area of the flangeless section of the sheet metal preform on the calibrating stamp in such a way that the edge of the sheet metal preform present at least in the flangeless section is arranged above the stamp shoulder.
  • the bottom of the preform can have excess sheet material distributed as evenly as possible in the bottom (area) which, for example, in the course of the production of the sheet metal preform, has been subjected to 2 to 5% material addition (relation of unwound length of sheet metal preform to sheet metal component) in order to superimposition of compressive stress during final forming in the calibrating die, preferably in such a way that the protruding bottom area is positioned on the calibrating die before the actual final forming begins in such a way that the frame(s) of the sheet metal preform is/are securely positioned above the die shoulder on the calibrating die while the calibrating die is being closed, and so on jamming between the calibration die and the calibration stamp can be reliably prevented.
  • the sheet metal preform is provided with a base in which embossings pointing in the direction of the opening have been produced locally or in sections during the preforming, so that the sheet metal preform is positioned at least via the embossings on the calibration stamp in such a way that the edge of the sheet metal preform present at least in the flangeless section is arranged above the stamp shoulder.
  • the embossing made locally or in sections during preforming in the bottom of the preform can be distributed in the longitudinal direction along the bottom or also only as a local or sectional embossing at the two ends of the sheet metal preform viewed in the longitudinal direction.
  • the sheet metal preform is Embossings in the bottom is positioned on the calibrating stamp in such a way that the frame(s) of the sheet metal preform is/are safely arranged above the stamp shoulder on the calibrating stamp while the calibrating tool is being closed, thus reliably preventing jamming between the calibrating die and the calibrating stamp.
  • the sheet metal preform is provided with a base, with at least a partial area of the base being fitted with at least one adjustable insert which is arranged in the calibration stamp when the sheet metal preform is inserted into the calibration tool and which is spaced apart from the calibration stamp when the sheet metal preform is inserted. comes into contact and the sheet metal preform is positioned on the insert at least over the partial area of the base at least in the area of the flangeless section of the sheet metal preform in such a way that the edge of the sheet metal preform present at least in the flangeless section is arranged above the stamp shoulder.
  • the one or more inserts arranged in the calibration stamp can be spring-loaded or driven, for example by a wedge driver, hydraulically, pneumatically, electromechanically, electromagnetically, and additionally or alternatively used to realize a compressive stress superimposition during final forming in the calibration tool, preferably in such a way that the sheet metal preform beginning of the actual final forming is positioned on the calibrating stamp in such a way that the frame(s) of the sheet metal preform is/are positioned securely above the stamp shoulder on the calibrating stamp while the calibrating tool is being closed, thus reliably preventing jamming between the calibrating die and the calibrating stamp.
  • At least one of the three aforementioned configurations comprising a sheet metal preform with a protruding base area, a sheet metal preform with local or sectional embossing in the base and/or adjustable inserts in the calibration stamp when positioning the Sheet metal preform on the calibration stamp to be taken into account.
  • the task mentioned at the outset is achieved with a device of the generic type, with at least one preforming tool for preforming a metal sheet into a sheet metal preform, the sheet metal preform being designed as an open profile with an opening and having at least one flangeless section and at least some excess sheet metal material in its longitudinal extension; and with at least one calibrating tool for finish forming the sheet metal preform into a sheet metal component, the calibrating tool comprising at least one calibrating stamp and at least one calibrating die, the relative movement between potash briating stamp and calibrating die, the excess sheet metal material in the sheet metal preform is compressed, the sheet metal preform being positionable with its opening facing downwards on the calibrating stamp, the calibrating stamp having at least one stamping shoulder which is provided at least in the flangeless section of the sheet metal preform, so that the relative movement causes the edge of the sheet metal preform present at least in the flangeless section can be brought into contact with a stamp shoulder of the calibrating stamp, can be supported on it and can be subjected to pressure.
  • a final sheet metal component is preferably produced with a profile that opens downwards in the calibration tool (press position), so that the calibration stamp is arranged at the bottom and the calibration die at the top in the calibration tool and can be moved relative to one another.
  • the calibrating die is preferably attached to a press table and the calibrating die to one on the press ram of the calibrating tool designed as a press.
  • at least sections are flangeless, although sections with a flange can also be present, so that if there are sections with a flange, on one or both sides, corresponding sections in the calibration tool are adapted to the flange section in order to also to be able to realize a compressive stress overlay in the at least partial flange section.
  • the calibrating tool is designed in a correspondingly segmented manner in order to be able to finish-form flangeless sections and possibly also existing flanged sections on a sheet metal preform into a sheet metal component.
  • the calibration stamp can have at least one adjustable insert which is arranged in the calibration stamp and can be spaced apart from the calibration stamp.
  • the at least one insert can be moved relative to the calibration stamp.
  • the element(s) arranged in the calibration stamp can be driven, for example, via the ram stroke and/or additional control units, which can be driven, for example, by means of springs, wedge drivers, hydraulics or pneumatics.
  • a defined distance between the sheet metal preform and the calibration stamp can be set via the element, with which a spacing of the edges provided in particular in the flange-less section from the stamp shoulder of the calibration stamp can be set. In the course of the final forming or the closing of the calibration tool, the element is inserted completely flush in the calibration stamp.
  • the calibration die can be made in several parts and have at least one adjustable die cheek, at least in the flangeless section of the sheet metal preform.
  • the die beam can act as a leading shut-off to ensure that the edge of the sheet metal preform is securely located above the punch shoulder when the leading die beam has passed the punch shoulder and a closed sizing gap has thus closed.
  • the stamping shoulder has a maximum extent of the material thickness of the metal sheet used plus >0 mm to 0.35 mm, in particular 0.01 to 0.20 mm, preferably 0.02 to 0.10 mm. In this way, it can preferably be ensured that when the compressive stress is superimposed, the excess sheet metal material can flow right into the edge of the sheet metal component, and in particular that local thickening of the sheet metal preform during the calibration is also permitted without tilting or other negative effects (damage to the sheet metal component and / or tool) arise in particular when opening the calibration tool and / or when removing the sheet metal component from the calibration tool.
  • the device is integrated in a press line or transfer press.
  • a press line or transfer press In particular in the production of mass products, for example for products in the automotive industry, products such as sheet metal components are produced particularly economically in press lines or transfer presses.
  • the device according to the invention can be used economically in existing production lines in the form of interchangeable inserts which provide at least one preforming tool and at least one calibrating tool.
  • the use of the device according to the invention in progressive presses is also conceivable.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a sheet metal component.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of the production of a sheet metal preform (2) from a metal sheet (1) in a preforming tool (10), which is not shown in detail.
  • the sheet metal preform (2) can be produced in one or more steps by means of any combination of shaping processes.
  • the preforming tool can thus be combined with the reference number (10) from one or more tools which are suitable for producing a sheet metal preform (2) from a sheet metal (1).
  • the sheet metal (1) is unwound and cut to length from a metal bundle/coil, not shown, for example as a defined blank or blank, and made available for the further process.
  • the metal sheet (1) is preferably made from a steel material, preferably from a high-strength steel material, for example with a material thickness of between 0.5 and 4 mm. Alternatively, aluminum materials or other metals can also be used.
  • FIGS. 2 to 5 show a schematic sectional view
  • FIGS. 3 and 4 also each show a schematic perspective view on the right-hand side of a partial section of a device in the longitudinal direction, a sequence of an embodiment of a method according to the invention or a device according to the invention, which relates at least to the design of the calibration tool (20), shown.
  • the method according to the invention for producing a sheet metal component (3), cf. Figure 6, thus comprises at least two steps.
  • the method comprises preforming a metal sheet (1) into a sheet metal preform (2) having a base and two sides in cross section, each with a transition between the base and the side.
  • the sheet metal preform (2) or the sheet metal component (3) can, for example, comprise at least one section with a flange in the longitudinal extension (L), shown here on the left side of the downwardly open profile, and at least one section (2.1) without a flange. If at least one section is present, viewed in the longitudinal direction (L), with a flange, which can be arranged in different sections on one side or both sides, for example, there is also a transition between frame and flange in the area of the flange.
  • the following explanations are shown using an example which shows a section in cross section in which both sides of the sheet metal preform (2) and, as a result, both sides of the sheet metal component are flangeless at least in one section. Of course, it is also possible for only one side to be flangeless and the other side to have a flange in cross-section, or to be completely flangeless (not shown).
  • the sheet metal preform (2) is produced in such a way that excess sheet metal material (4) is provided, which is preferably evenly distributed in the sheet metal preform (2) in the base or in the base and in the transition between base and frame(s). Additional excess sheet metal material can be introduced into the sheet metal preform (2), particularly locally, for example a further addition of material in each case near the two sheet metal preform ends, in the base as a base area (2.2) that bulges in the direction of the opening ( ⁇ ) of the sheet metal preform (2), in order to Sheet metal preform (2) to be positioned at least over the protruding bottom area (2.2) at least in the area of the flangeless section (2.1) of the sheet metal preform (2) on the calibration stamp (21) in such a way that the edge (2.11) present at least in the flangeless section (2.1) of the sheet metal preform (2) is arranged above the stamp shoulder (21.1), see Figure 2.
  • the sheet metal preform (2) is provided with a base in which embossings (2.3) pointing locally or in sections in the direction of the opening ( ⁇ ), cf. right-hand representation of the sheet metal preform (2) in Figure 1, have been produced during the preforming so that the sheet metal preform (2) can be positioned at least via the embossings (2.3) on the calibration die (21), cf. Figure 3, so that the edge (2.11) of the sheet metal preform (2 ) is arranged above the punch shoulder (21.1).
  • the embossings (2.3) made in the base can be distributed along the base in the longitudinal extension (L) or else only as a local or sectional embossing (2.3) at the two ends of the sheet metal preform (2.3) viewed in the longitudinal extension (L). .
  • These also do not necessarily have to be introduced in the region of the flange-free section (2.1) of the sheet metal preform (2) if a sheet metal component is to be produced which is at least partially flanged.
  • the introduced emboss (2.3) thus serve not only as spacers, but can also provide additional excess sheet metal material at least in the sections locally or in sections in the transverse extent of the sheet metal preform (2).
  • At least one adjustable insert (21.2) can be arranged in the calibration stamp (21), cf. Figure 4, which can be spaced apart from the calibration stamp (21), so that at least a partial area of the base when the sheet metal preform (2) is inserted in the calibration tool (20) comes into contact with the insert (21.2) and the sheet metal preform (2) at least over the partial area of the bottom, at least in the area of the flangeless section (2.1) of the sheet metal preform (2) on the insert (21.2) in such a way that the edge (2.11) of the sheet metal preform (2) present at least in the flangeless section (2.1) is above the stamp shoulder (21.1) is arranged.
  • the sheet metal preform (2) is finished forming into a sheet metal component (3) in a calibrating tool (20) comprising at least one calibrating stamp (21) and at least one calibrating die (22), in which the relative movement between the calibrating stamp (21) and the calibrating die (22) excess sheet metal material (4) is compressed in the sheet metal preform (2), see FIG.
  • a calibrating tool (20) comprising at least one calibrating stamp (21) and at least one calibrating die (22), in which the relative movement between the calibrating stamp (21) and the calibrating die (22) excess sheet metal material (4) is compressed in the sheet metal preform (2), see FIG.
  • the configuration according to the invention makes it possible to ensure before the final forming or before the closing of the calibrating tool (20) that the sheet metal preform (2) can be positioned on the calibrating stamp without jamming and that flangeless sections (2.1) can also be dimensionally accurately finished in addition to optional flanged sections.
  • flangeless sections 2.1
  • slides are provided in particular to block off the flange edges of the sheet metal preform in the calibration tool, so that these sections can also experience a compressive stress superimposition analogously to the flange-free sections (2.1).
  • the calibrating die (22) After inserting the sheet metal preform (2) in the calibrating tool (20) or in such a way that the opening ( ⁇ ) of the sheet metal preform (2) points downwards and is positioned on the calibrating stamp (21), the calibrating die (22) during the relative movement, at least in the region of the flange-free section (2.1) of the sheet metal preform (2), with the smallest possible gap on the stamp shoulder (21.1) of the calibration stamp (21), before the final forming is completed or the compressive stress superimposition is initiated.
  • the calibration die (22) Before the start of the upsetting/calibration process, it is thus ensured that at least the die cheek (22.1) of the calibration die (22) has passed the stamp shoulder (21.1) of the calibration stamp (21), so that uncontrolled flow during the compressive stress superimposition through the intermediate see stamp shoulder (21.1) and edge (2.11), which could lead to jamming, is prevented.
  • the calibration die (22) can also be made in several parts, for example with at least one leading die cheek (22.1).
  • the calibration tool (20) is opened again and the dimensionally stable sheet metal component (3) can be removed.
  • the opened calibrating tool (20) is thus free again to be loaded again with a sheet metal preform (2) to be finished and formed.
  • At least one of the three aforementioned configurations is preferred, comprising a sheet metal preform (2) with a bulging base area (2.2), a sheet metal preform with local or sectional embossing (2.3) in the base and/or adjustable inserts (21.2) in the calibration die (21) when positioning the sheet metal preform (2) taken into account on the calibration stamp (21).
  • the invention is not limited to the embodiments shown. Other sheet metal part shapes are also possible and require appropriately adapted tooling, preforming and calibration tools.
  • the tools (10, 20) can be designed as interchangeable tools and used in a production line, in particular in a press line, transfer press or progressive press.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von im Wesentlichen rückfederungsreduzierten Blechbauteilen (3).

Description

Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen und Vorrichtung hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von maßhaltigen Blechbauteilen sind im Stand der Technik offenbart, s. beispielsweise DE 10 2007 059 251 Al, DE 10 2008 037 612 Al, DE 10 2009 059 197 Al, DE 10 2013 103 612 Al, DE 10 2013 103 751 Al, wobei die Herstellung in mindestens zwei Stufen (Umformprozessen) durchgeführt wird. In der ersten Stufe wird eine insbesondere ebene Formplatine zu einer Vorform umgeformt. Die Vorform verfügt gegenüber der final zu erzeugenden Blechbauteilgeometrie über einen möglichst gleichmäßig verteilten Materialüberschuss. Dieser Materialüberschuss wird in der zweiten Stufe, dem sogenannten Kalibrieren, insbesondere in Richtung der Blechebene gestaucht. Der inhomogene Spannungszustand der Vorform wird dabei neu ausgerichtet und damit die unerwünschte, chargenabhängige Rückfederung des Blechbauteils, die insbesondere bei höchstfesten Werkstoffen in Kombination mit geringen Materialdicken auftritt, größtenteils vermieden.
Beim Kalibrieren von Blechbauteilen mit (Schweiß-)Flansch werden in der Regel seitliche Schieber beim Schließen des Kalibrierwerkzeugs über Keiltreiber an den Kalibrierstempel herangeführt und verbleiben dort während des Kalibrierprozesses. Die Kante des Vorform-Flansches stützt sich während der Kalibrierung am Schieber ab, womit durch Stauchen des Materialüberschusses die Druckspannungsüberlagerung realisiert wird. Der Kontakt zwischen Vorform und Schieber besteht dabei ausschließlich im Bereich der Kante des Vorform-Flansches. Für Blechbauteile mit Abschnitten oder wesentlichen Bereichen ohne (Schweiß-) Flansch besteht noch kein zufriedenstellendes Konzept. Die bisherigen Konzepte sehen vor, eine Vorform zu erzeugen, welche im Wesentlichen der finalen Geometrie entspricht, wobei das Vorformwerkzeug mit seinen Wirkflächen im Wesentlichen an die Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs ausgelegt wird.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher maßhaltige Blechbauteile hergestellt werden können, welche zumindest abschnittsweise flanschlos ausgebildet sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Gemäß der Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils mindestens zwei Schritte umfasst: Vorformen eines Blechs zu einer Blechvorform in einem Vorformwerkzeug, wobei die Blechvorform als offenes Profil mit einer Öffnung ausgebildet ist und in ihrer Längserstreckung zumindest einen flanschlosen Abschnitt und zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial aufweist; und Fertigformen der Blechvorform zu einem Blechbauteil in einem Kalibrierwerkzeug umfassend mindestens einen Kalibrierstempel und mindestens ein Kalibriergesenk, in welchem durch Relativbewegung zwischen Kalibrierstempel und Kalibriergesenk das überschüssige Blechmaterial in der Blechvorform gestaucht wird, wobei während des Fertigformens die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform mit einer Stempelschulter des Kalibrierstempels durch Relativbewegung in Kontakt gelangt, sich daran abstützt und mit einem Druck beaufschlagt wird, insbesondere um gestaucht zu werden.
Es wurde festgestellt, dass maßhaltige Blechbauteile hergestellt werden können, welche zumindest abschnittsweise flanschlos ausgebildet sind und insbesondere mit einem eher geringen Zargenöffnungswinkel von kleiner 6° mit einem vereinfachten Kalibrierwerkzeugaufbau kalibriert respektive fertiggeformt werden können. Bei dem Stauchen respektive Kalibrieren mittels Druckspannungsüberlagerung kann sich zumindest die im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform an der Stempelschulter des Kalibrierstempels abstützen. Dabei ist zu beachten, dass es im Kalibrierprozess beim Schließen des Kalibrierwerkzeugs nicht zu einem Einklemmen der Blechvorform zwischen Kalibrierstempel und Kalibriergesenk kommt, was zu einer Beschädigung des fertiggeformten Blechbauteils und/oder des Kalibrierwerkzeugs führen würde.
Der Zargenöffnungswinkel ist dabei der Winkel, um den die Blechbauteilzarge bezogen auf die Wirkrichtung des Kalibrierwerkzeugs (Pressenstößel) um eine in Längserstreckung des Blechbauteils orientierte Achse im Übergangsbereich zwischen Zarge und Blechbauteilboden maximal nach innen rotiert werden kann, bevor sich eine Hinterschneidung im Werkzeug ergibt.
Im Querschnitt betrachtet weist die Blechvorform wie auch das finale Blechbauteil mindestens einen Boden und mindestens zwei abstehende Zargen mit jeweils einem Übergang zwischen dem Boden und den beiden Zargen auf. Des Weiteren ist je nach Ausführung sowohl der Blech- vorform als auch des finalen Blechbauteils in Längserstreckung zumindest ein flanschloser Abschnitt vorhanden. Soll heißen, dass entweder lokal Abschnitte ein- oder beidseitig flanschlos ausgeführt sein können oder eine Seite vollständig flanschlos ausgeführt sein kann und/oder optional die andere Seite nur zum Teil flanschlos ausgebildet sein kann. Insbesondere kann die Blechvorform und auch das finale Blechbauteil flanschlos ausgebildet sein. Beispielsweise kann an einer der Zargen und zumindest abschnittsweise ein Flansch angebunden sein, wobei somit die Blechvorform wie auch das finale Blechbauteil zumindest abschnittsweise einen Übergang zwischen Zarge und Flansch aufweisen kann. Vorzugsweise weist das finale Blechbauteil Abschnitte mit und ohne Flansch auf. Der flanschlose Abschnitt kann somit auch als nur einseitig an der Blechvorform verstanden werden, wobei die Blechvorform aber auch je nach Ausführung an beiden Seiten zumindest lokal im Querschnitt betrachtet keinen Flansch aufweisen kann.
Die Erzeugung der Blechvorform kann mittels beliebig kombinierbarer 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 Bodens und Hochstellen der zu erstellenden Zargen bzw. Abstellen der optional abschnittsweise zu erstellenden Flansche, erfolgen. Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-) Prägen. Die zum Vorformen beispielsweise durchgeführte tiefziehartige Formgebung kann insbesondere einstufig oder mehrstufig ausgeführt werden. Vorzugsweise kann eine Umformung ohne aktive Materialflusssteuerung zur Herstellung der Blechvorform ausgeführt werden. Je nach Ausführung ist dann das Vorformwerkzeug entsprechend auszulegen.
Unter Fertigformen der Blechvorform wird ein Stauchen/Kalibrieren verstanden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. In der erzeugten Blechvorform wird zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial vorgesehen. Das überschüssige Blechmaterial weist in der Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine abgewickelte Länge auf, welche zwischen 0,5 % bis 6 % länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge des fertiggeformten Blechbauteils (Sollgeometrie). Die abgewickelte Länge der so betrachteten Querschnitte der Blechvorform ist dabei insbesondere zwischen 0,7 % bis 4,3 % länger als die des fertiggeformten Blechbauteils. Sollte infolge der Prozessführung bei der Herstellung der Blechvorform die abgewickelte Länge der Querschnitte zu stark variieren, so würde bei einer zu kurzen abgewickelten Länge nicht genügend überschüssiges Blechmaterial für das nachfolgende Fertigformen bereitstehen, womit die Maßhaltigkeit des finalen Blechbauteils beeinträchtigt werden würde. Sollte die abgewickelte Länge des betrachteten Quer- Schnitts der Blechvorform dagegen zu groß sein, so würde während des nachfolgenden Fertigformens das damit überdimensionierte Blechmaterial zu Wellen kollabieren, was einen optischen und/oder maßlichen Mangel bedeuten kann. Zusätzlich bestünde eine erhöhte Gefahr einer Werkzeugbeschädigung durch zu hohe Stauchkräfte oder überstehende, eingeguetschte Blechbauteilbereiche, wie zum Beispiel Blechkanten.
Das im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil kann insofern als endgeformtes Blechbauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das fertiggeformte Blechbauteil noch weiteren das Blechbauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten zugeführt werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern und/oder einem geringen Final-Beschnitt und/oder das Durchführen von sekundären Formgebungsschritten wie ein Einbringen von zusätzlichen, lokalen Verprägungen oder beispielsweise das Abstellen von Flanschen an den Blechbauteilenden.
Die erzeugte Blechvorform wie auch das fertiggeformte Blechbauteil haben im Wesentlichen eine Längserstreckung und eine Quererstreckung, wobei bei den meisten Blechbauteilen die Längserstreckung von der Dimensionierung her größer ist als die Quererstreckung. So bedeutet Querschnitt ein Schnitt durch die Quererstreckung der Blechvorform/des Blechbauteils.
Die Blechvorform wird derart in das Kalibrierwerkzeug eingelegt, dass ihre Öffnung nach unten weist und auf dem Kalibrierstempel positioniert wird. Der Vorteil des Einlegens der als offenes Profil hergestellten Blechvorform mit der Öffnung nach unten ist darin zu sehen, dass eine Positionierung der Blechvorform besser und einfacher durchführbar ist. Insbesondere sind der Kalibrierstempel ortsfest und das Kalibriergesenk beweglich im Kalibrierwerkzeug ausgeführt.
Da die beim Fertigformen generierte Stauch-ZKalibrierkraft über die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform in den Kalibrierstempel geleitet wird, würde ein zu großer Spalt zwischen der Kante der Blechvorform im Kalibrierstempel und insbesondere senkrechten Gesenkwange des oben positionierten Kalibriergesenks zu einer Beschädigung des Blechbauteils und damit zu hohem Verschleiß oder Beschädigung des Kalibrierwerkzeugs führen. So ist vorgesehen, dass das Kalibriergesenk während der Relativbewegung zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts der Blechvorform mit einem möglichst geringen Spalt, welcher insbesondere zwischen > 0 % und 20 % der Materialdicke des eingesetzten Blechs entsprechen kann, an der Stempelschulter des Kalibrierstempels vorbeigeführt wird, bevor das Fertigformen durch das Stauchen des zusätzlichen in der Blechvorform eingebrachten über- schlissigen Blechmaterials beginnt. Dadurch ist insbesondere vor Beginn des Fertigformens die Kante der Blechvorform allseitig von stabilen Werkzeugflächen umschlossen, bevor sich die Kante der Blechvorform während des Fertigformens auf der Stempelschulter am Kalibrierstempel abstützt und im eigentlichen Kalibrierprozess eine finale Blechbauteilgeometrie erzeugt werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Blechvorform mit einem Boden versehen, welcher im Zuge des Vorformens zumindest im flanschlosen Abschnitt mit einem überschüssigen Blechmaterial beaufschlagt wird, derart, dass ein in Richtung der Öffnung vorgewölbter Bodenbereich während des Vorformens erzeugt worden ist, so dass die Blechvorform zumindest über den vorgewölbten Bodenbereich zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts der Blechvorform auf dem Kalibrierstempel derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform oberhalb der Stempelschulter angeordnet wird. Der Boden der Vorform kann zumindest im flanschlosen Abschnitt ein möglichst gleichmäßig im Boden(-bereich) verteiltes überschüssiges Blechmaterial aufweisen, welches beispielsweise im Zuge der Erzeugung der Blechvorform mit 2 bis 5 % Materialzugabe (Relation abgewickelte Länge Blechvorform Blechbauteil) beaufschlagt worden ist, um eine Druckspannungsüberlagerung beim Fertigformen im Kalibrierwerkzeug zu realisieren, bevorzugt derart, dass der vorgewölbte Bodenbereich vor Beginn des eigentlichen Fertigformens auf dem Kalibrierstempel derart positioniert wird, dass die Zarge(n) der Blechvorform während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs sicher oberhalb der Stempelschulter am Kalibrierstempel angeordnet wird und so ein Einklemmen zwischen Kalibriergesenk und Kalibrierstempel sicher verhindert werden kann.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Blechvorform mit einem Boden versehen, in welchem lokal oder abschnittsweise in Richtung der Öffnung weisende Verprägungen während des Vorformens erzeugt worden sind, so dass die Blechvorform zumindest über die Verprägungen auf dem Kalibrierstempel derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform oberhalb der Stempelschulter angeordnet wird. Der oder die im Boden der Vorform lokal oder abschnittsweise während des Vorformens eingebrachte Verprägungen können in Längs- erstreckung entlang des Bodens verteilt sein oder aber auch nur als lokale oder abschnittsweise Verprägung an den beiden Enden der Blechvorform in Längserstreckung betrachtet eingebracht sein. So kann eine Druckspannungsüberlagerung beim Fertigformen im Kalibrierwerkzeug realisiert werden, dass vor Beginn des eigentlichen Fertigformens die Blechvorform über die Ver- Prägungen im Boden auf dem Kalibrierstempel derart positioniert wird, dass die Zarge(n) der Blechvorform während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs sicher oberhalb der Stempelschulter am Kalibrierstempel angeordnet wird und so ein Einklemmen zwischen Kalibriergesenk und Kalibrierstempel sicher verhindert werden kann.
Gemäß einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Blechvorform mit einem Boden versehen, wobei zumindest ein Teilbereich des Bodens beim Einlegen der Blechvorform in das Kalibrierwerkzeug mit mindestens einem im Kalibrierstempel angeordneten verstellbaren Einsatz, welcher beim Einlegen der Blechvorform vom Kalibrierstempel beabstandet ist, in Kontakt gelangt und die Blechvorform zumindest über den Teilbereich des Bodens zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts der Blechvorform auf dem Einsatz derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform oberhalb der Stempelschulter angeordnet wird. Der oder mehrere im Kalibrierstempel angeordnete Einsätze können gefedert oder auch angetrieben sein, beispielsweise per Keiltreiber, hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch, elektromagnetisch, und zusätzlich oder alternativ genutzt werden, um eine Druckspannungsüberlagerung beim Fertigformen im Kalibrierwerkzeug zu realisieren, bevorzugt derart, dass die Blechvorform vor Beginn des eigentlichen Fertigformens auf dem Kalibrierstempel derart positioniert wird, dass die Zarge(n) der Blechvorform während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs sicher oberhalb der Stempelschulter am Kalibrierstempel angeordnet wird und so ein Einklemmen zwischen Kalibriergesenk und Kalibrierstempel sicher verhindert werden kann.
Um ein Einklemmen der Zarge(n) zwischen Kalibriergesenk und Kalibrierstempel sicher zu verhindern, ist bevorzugt mindestens eine der drei vorgenannten Ausgestaltungen umfassend eine Blechvorform mit vorgewölbten Bodenbereich, eine Blechvorform mit lokalen oder abschnittsweisen Verprägungen im Boden und/oder verstellbare Einsätze im Kalibierstempel beim Positionieren der Blechvorform auf dem Kalibrierstempel zu berücksichtigen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst, mit mindestens einem Vorformwerkzeug zum Vorformen eines Blechs zu einer Blechvorform, wobei die Blechvorform als offenes Profil mit einer Öffnung ausgebildet ist und in ihrer Längserstreckung zumindest einen flanschlosen Abschnitt und zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial aufweist; und mit mindestens einem Kalibrierwerkzeug zum Fertigformen der Blechvorform zu einem Blechbauteil, wobei das Kalibrierwerkzeug mindestens einen Kalibrierstempel und mindestens ein Kalibriergesenk umfasst, wobei durch die Relativbewegung zwischen Kali- brierstempel und Kalibriergesenk das überschüssige Blechmaterial in der Blechvorform gestaucht wird, wobei die Blechvorform mit ihrer Öffnung nach unten auf dem Kalibrierstempel positionierbar ist, wobei der Kalibrierstempel mindestens eine Stempelschulter aufweist, welche zumindest im flanschlosen Abschnitt der Blechvorform vorgesehen ist, so dass durch die Relativbewegung die zumindest im flanschlosen Abschnitt vorhandene Kante der Blechvorform mit einer Stempelschulter des Kalibrierstempels in Kontakt bringbar, sich daran abstützbar und mit einem Druck beaufschlagbar ist.
Vorzugsweise wird ein finales Blechbauteil mit einem im Kalibrierwerkzeug (Pressenlage) nach unten geöffneten Profil erzeugt, so dass der Kalibrierstempel unten und das Kalibriergesenk oben in dem Kalibrierwerkzeug angeordnet und relativ zueinander bewegbar sind. So sind bevorzugt der Kalibrierstempel auf einem Pressentisch und das Kalibriergesenk an einem am Pressenstößel des als Presse ausgeführten Kalibrierwerkzeugs angebracht. Je nach Ausführung des zu erzeugenden Blechbauteils sind zumindest Abschnitte flanschlos, wobei auch Abschnitte mit Flansch vorhanden sein können, ausgebildet, so dass, falls Abschnitte mit Flansch vorhanden sind, ein- oder beidseitig, entsprechende Abschnitte im Kalibrierwerkzeug an den Flanschabschnitt angepasst sind, um auch eine Druckspannungsüberlagerung im zumindest teilweisen Flanschabschnitt realisieren zu können. Vorzugsweise ist das Kalibrierwerkzeug entsprechend segmentiert ausgeführt, um flanschlose und eventuell auch vorhandene flanschbehaftete Abschnitte an einer Blechvorform zu einem Blechbauteil fertigformen zu können.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren hingewiesen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann der Kalibrierstempel mindestens einen im Kalibrierstempel angeordneten verstellbaren Einsatz aufweisen, welcher vom Kalibrierstempel beabstandbar ist. Insbesondere ist der mindestens eine Einsatz relativ im Kalibrierstempel bewegbar. Das (oder die) im Kalibrierstempel angeordnete(n) Element(e) ist (bzw. sind) zum Beispiel über den Stößelhub und/oder zusätzliche Steuereinheiten, die zum Beispiel mittels Federn, Keiltreibern, Hydraulik oder Pneumatik angetrieben sein können, antreibbar. Über das Element kann ein definierter Abstand zwischen Blechvorform und Kalibrierstempel eingestellt werden, mit welchem eine Beabstandung der insbesondere im flanschlosen Abschnitt vorgesehenen Kanten zur Stempelschulter des Kalibrierstempels einstellbar ist. Im Zuge des Fertigformens respektive des Schließens des Kalibrierwerkzeugs wird das Element vollständig bündig im Kalibrierstempel eingefahren. Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann das Kalibriergesenk mehrteilig ausgeführt sein und zumindest im flanschlosen Abschnitt der Blechvorform mindestens eine verstellbare Gesenkwange aufweisen. Die Gesenkwange kann beispielsweise als voreilendes Absperrteil fungieren, um so sicherzustellen, dass die Kante der Blechvorform sicher oberhalb der Stempelschulter angeordnet ist, wenn die voreilende Gesenkwange die Stempelschulter passiert hat und sich so ein geschlossener Kalibrierspalt geschlossen hat.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Stempelschulter eine maximale Erstreckung von der Materialdicke des eingesetzten Blechs plus > 0 mm bis 0,35 mm, insbesondere 0,01 bis 0,20 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,10 mm auf. Dadurch kann bevorzugt sicher gestellt werden, dass bei der Druckspannungsüberlagerung ein Fließen des überschüssigen Blechmaterials bis in die Blechbauteilkante möglich ist, insbesondere auch bereichsweise eine lokale Aufdickung der Blechvorform während des Kalibrierens zugelassen wird, ohne dass sich ein Verkanten oder sonstige negative Auswirkung (Beschädigung Blechbauteil und/oder Werkzeug) insbesondere beim Öffnen des Kalibrierwerkzeugs und/oder bei der Entnahme des Blechbauteils aus dem Kalibrierwerkzeug ergeben.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung in einer Pressenlinie oder Transfer-Presse integriert. Insbesondere bei der Herstellung von Massenprodukten, beispielsweise für Produkte in der Fahrzeugindustrie, werden Produkte wie Blechbauteile insbesondere wirtschaftlich in Pressenlinien oder Transfer-Pressen hergestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Form von Wechseleinsätzen, die mindestens ein Vorformwerkzeug und mindestens ein Kalibrierwerkzeug vorsehen, wirtschaftlich in bestehende Fertigungsstraßen eingesetzt werden. Auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Folgeverbund-Pressen ist denkbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erzeugung einer Blechvorform,
Fig. 2 bis 5 eine Abfolge von Schritten zu unterschiedlichen Zeitpunkten zur Herstellung eines Blechbauteils gemäß einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Schnitt- darstellung und in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Teilausschnitt der Vorrichtung und
Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines Blechbauteils.
In Figur 1 ist in schematischer perspektivischer Darstellung eine Erzeugung einer Blechvorform (2) aus einem Blech (1) in einem nicht näher dargestellten Vorformwerkzeug (10) skizziert. Die Erzeugung der Blechvorform (2) kann mittels beliebig kombinierbarer Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt werden. Mit dem Bezugszeichen (10) kann das Vorformwerkzeug somit aus einem oder mehreren Werkzeugen zusammengefasst werden, die zur Erzeugung einer Blechvorform (2) aus einem Blech (1) geeignet sind. Das Blech (1) wird beispielsweise als definierter Zuschnitt oder Formplatine aus einem nicht dargestellten Metall- bund/-coil abgewickelt und abgelängt, und dem weiteren Verfahren zur Verfügung gestellt. Bevorzugt ist das Blech (1) aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, vorzugsweise aus einem höherfesten Stahlwerkstoff, beispielsweise mit einer Materialdicke zwischen 0,5 und 4 mm. Alternativ können auch Aluminiumwerkstoffe oder andere Metalle verwendet werden.
In den Figuren 2 bis 5 sind in einer schematischen Schnittdarstellung, und in den Figuren 3 und 4 zusätzlich jeweils in der rechten Darstellung in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Teilausschnitt einer Vorrichtung in Längserstreckung, eine Abfolge einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens respektive einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich zumindest auf die Ausgestaltung des Kalibrierwerkzeugs (20) bezieht, gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils (3), vgl. Figur 6, umfasst somit mindestens zwei Schritte. Zum einen umfasst das Verfahren ein Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend im Querschnitt einen Boden und zwei Zargen mit jeweils einem Übergang zwischen Boden und Zarge.
Die Blechvorform (2) respektive das Blechbauteil (3) kann in Längserstreckung (L) beispielsweise mindestens einen flanschbehafteten Abschnitt, hier jeweils auf der linken Seite des nach unten geöffneten Profils gezeigt, und mindestens einen flanschlosen Abschnitt (2.1) umfassen. Bei Vorhandensein zumindest eines Abschnitts in Längserstreckung (L) betrachtet mit einem Flansch, welcher beispielsweise einseitig oder auch beidseitig in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sein kann, auch im Bereich des Flansches ein Übergang zwischen Zarge und Flansch vorhanden ist. Die nachfolgenden Ausführungen sind an einem Beispiel gezeigt, welches einen Abschnitt im Querschnitt zeigt, bei dem beide Seite der Blechvorform (2) und daraus resultierend beide Seiten des Blechbauteils zumindest in einem Abschnitt flanschlos sind. Selbstverständlich kann auch nur eine Seite flanschlos und die andere Seite im Querschnitt flanschbehaftet ausgeführt sein oder vollständig flanschlos ausgeführt sein (nicht dargestellt).
Das Erzeugen der Blechvorform (2) ist dergestalt, dass überschüssiges Blechmaterial (4) vorgesehen ist, welches vorzugsweise im Boden oder im Boden und im Übergang zwischen Boden und Zarge(n) bevorzugt gleichmäßig verteilt in der Blechvorform (2) angeordnet wird. Weiteres überschüssiges Blechmaterial kann insbesondere lokal, beispielsweise jeweils eine weitere Materialzugabe in der Nähe der beiden Blechvorformenden, im Boden als in Richtung der Öffnung (Ö) der Blechvorform (2) vorgewölbter Bodenbereich (2.2) in die Blechvorform (2) eingebracht werden, um die Blechvorform (2) zumindest über den vorgewölbten Bodenbereich (2.2) zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) auf dem Kalibrierstempel (21) derart zu positionieren, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird, vgl. Figur 2.
Alternativ oder zusätzlich ist die Blechvorform (2) mit einem Boden versehen, in welchem lokal oder abschnittsweise in Richtung der Öffnung (Ö) weisende Verprägungen (2.3), vgl. rechte Darstellung der Blechvorform (2) in Figur 1, während des Vorformens erzeugt worden sind, so dass die Blechvorform (2) zumindest über die Verprägungen (2.3) auf dem Kalibrierstempel (21) derart positioniert werden kann, vgl. Figur 3, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird. Die im Boden eingebrachten Verprägungen (2.3) können in Längserstreckung (L) entlang des Bodens verteilt sein oder aber auch nur als lokale oder abschnittsweise Verprä- gung (2.3) an den beiden Enden der Blechvorform (2.3) in Längserstreckung (L) betrachtet eingebracht sein. Diese müssen auch nicht zwangsläufig, falls ein zumindest abschnittsweise flanschbehaftetes Blechbauteil hergestellt werden soll, im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) eingebracht sein. Die eingebrachten Verprägungen (2.3) dienen somit nicht nur als Abstandshalter, sondern können auch zumindest in den Abschnitten lokal oder abschnittsweise in der Quererstreckung der Blechvorform (2) betrachtet weiteres überschüssiges Blechmaterial bereitstellen.
Weiter alternativ oder zusätzlich kann in dem Kalibrierstempel (21) mindestens ein verstellbarer Einsatz (21.2) angeordnet sein, vgl. Figur 4, welcher vom Kalibrierstempel (21) beabstandbar ist, so dass zumindest ein Teilbereich des Bodens beim Einlegen der Blechvorform (2) in das Kalibrierwerkzeug (20) mit dem Einsatz (21.2) in Kontakt gelangt und die Blechvorform (2) zu- mindest über den Teilbereich des Bodens zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) auf dem Einsatz (21.2) derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird.
Das Fertigformen der Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3) erfolgt in einem Kalibrierwerkzeug (20) umfassend mindestens einen Kalibrierstempel (21) und mindestens ein Kalibriergesenk (22), in welchem durch Relativbewegung zwischen Kalibrierstempel (21) und Kalibriergesenk (22) das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechvorform (2) gestaucht wird, vgl. Figur 5, linke Darstellung vor UT, rechte Darstellung in UT. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass während des Fertigformens die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) mit einer Stempelschulter (21.1) des Kalibrierstempels (21) durch die Relativbewegung in Kontakt gelangt, sich daran abstützt und mit einem Druck beaufschlagt wird, um insbesondere so während des weiteren Pressenhubs die gewünschte, zumindest lokale Stauchung der Blechvorform zu bewirken.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vor dem Fertigformen respektive vor dem Schließen des Kalibrierwerkzeugs (20) sichergestellt werden, dass die Blechvorform (2) verklemmsicher auf dem Kalibrierstempel positioniert werden kann und auch flanschlose Abschnitte (2.1) neben optionalen flanschbehaften Abschnitten maßhaltig fertiggeformt werden können. Zum Fertigformen der beispielhaften, in den Figuren 2 bis 5 nicht dargestellten, flanschbehafteten Abschnitte werden insbesondere nicht dargestellte Schieber zur Absperrung der Flanschkanten der Blechvorform im Kalibrierwerkzeug vorgesehen, so dass auch diese Abschnitte analog zu den flanschlosen Abschnitten (2.1) eine Druckspannungsüberlagerung erfahren können.
Nach dem Einlegen der Blechvorform (2) in das Kalibrierwerkzeug (20) bzw. in der Art, dass die Öffnung (Ö) der Blechvorform (2) nach unten weist und auf dem Kalibrierstempel (21) positioniert wird, wird das Kalibriergesenk (22) während der Relativbewegung zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) mit einem möglichst geringen Spalt an der Stempelschulter (21.1) des Kalibrierstempels (21) vorbeigeführt, bevor das Fertigformen abgeschlossen ist, respektive die Druckspannungsüberlagerung initiiert wird. Vor Beginn des Stauch-ZKalibrierprozesses ist somit sichergestellt, dass zumindest die Gesenkwange (22.1) des Kalibriergesenks (22) die Stempelschulter (21.1) des Kalibrierstempels (21) passiert hat, so dass ein unkontrolliertes Fließen während der Druckspannungsüberlagerung durch den zwi- sehen Stempelschulter (21.1) und Kante (2.11), was zu einem Verklemmen führen könnte, verhindert wird. Nicht dargestellt ist, dass das Kalibiergesenks (22) auch mehrteilig ausgeführt sein kann, beispielsweise mit mindestens einer voreilenden Gesenkwange (22.1).
Nach Abschluss des Fertigformens wird das Kalibierwerkzeug (20) wieder geöffnet und das maßhaltige Blechbauteil (3) kann entnommen werden. Das geöffnete Kalibrierwerkzeug (20) ist somit wieder frei, um mit einer neu fertig zu formenden Blechvorform (2) wieder beladen zu werden.
Bevorzugt ist mindestens eine der drei vorgenannten Ausgestaltungen umfassend eine Blechvorform (2) mit vorgewölbten Bodenbereich (2.2), eine Blechvorform mit lokalen oder abschnittsweisen Verprägungen (2.3) im Boden und/oder verstellbare Einsätze (21.2) im Kalibierstempel (21) beim Positionieren der Blechvorform (2) auf dem Kalibrierstempel (21) berücksichtigt.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen eingeschränkt. Andere Blechbauteilformen sind ebenfalls möglich und benötigen entsprechend angepasste Werkzeuge, Vorform- und Kalibrierwerkzeuge. Insbesondere können die Werkzeuge (10, 20) als Wechselwerkzeuge ausgeführt sein und in einer Fertigungsstraße, insbesondere in einer Pressenlinie, Transfer-Presse oder Folgeverbund-Presse, eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils (3), wobei das Verfahren mindestens zwei Schritte umfasst:
- Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) in einem Vorformwerkzeug (10), wobei die Blechvorform (2) als offenes Profil mit einer Öffnung (Ö) ausgebildet ist und in ihrer Längserstreckung (L) zumindest einen flanschlosen Abschnitt (2.1) und zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial (4) aufweist; und
- Fertigformen der Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3) in einem Kalibrierwerkzeug (20) umfassend mindestens einen Kalibrierstempel (21) und mindestens ein Kalibriergesenk (22), in welchem durch Relativbewegung zwischen Kalibrierstempel (21) und Kalibriergesenk (22) das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechvorform (2) gestaucht wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Blechvorform (2) derart in das Kalibrierwerkzeug (20) eingelegt wird, dass ihre Öffnung (Ö) nach unten weist und auf dem Kalibrierstempel
(21) positioniert wird, und dass während des Fertigformens die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) mit einer Stempelschulter (21.1) des Kalibrierstempels (21) durch Relativbewegung in Kontakt gelangt, sich daran abstützt und mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei das Kalibriergesenk
(22) während der Relativbewegung zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts
(2.1) der Blechvorform (2) mit einem möglichst geringen Spalt, welcher zwischen > 0 % und 20 % der Materialdicke des eingesetzten Blechs entspricht, an der Stempelschulter
(21.1) des Kalibrierstempels (21) vorbeigeführt wird, bevor das Fertigformen abgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Blechvorform (2) mit einem Boden versehen ist, welcher im Zuge des Vorformens zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) mit einem überschüssigen Blechmaterial (4) beaufschlagt wird, derart, dass ein in Richtung der Öffnung (Ö) vorgewölbter Bodenbereich (2.2) während des Vorformens erzeugt worden ist, so dass die Blechvorform (2) zumindest über den vorgewölbten Bodenbereich (2.2) zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) auf dem Kalibrierstempel (21) derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Blechvorform (2) mit einem Boden versehen ist, in welchem lokal oder abschnittsweise in Richtung der Öffnung (Ö) weisende Verprägungen (2.3) während des Vorformens erzeugt worden sind, so dass die Blechvorform (2) zumindest über die Verprägungen (2.3) auf dem Kalibrierstempel (21) derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Blechvorform (2) mit einem Boden versehen ist, wobei zumindest ein Teilbereich des Bodens beim Einlegen der Blechvorform (2) in das Kalibrierwerkzeug (20) mit mindestens einem im Kalibrierstempel (21) angeordneten verstellbaren Einsatz (21.2), welcher beim Einlegen der Blechvorform (2) vom Kalibrierstempel (21) beabstandet ist, in Kontakt gelangt und die Blechvorform (2) zumindest über den Teilbereich des Bodens zumindest im Bereich des flanschlosen Abschnitts (2.1) der Blechvorform (2) auf dem Einsatz (21.2) derart positioniert wird, dass die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) oberhalb der Stempelschulter (21.1) angeordnet wird. Vorrichtung zur Herstellung eines Blechbauteils (3), mit mindestens einem Vorformwerkzeug (10) zum Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2), wobei die Blechvorform (2) als offenes Profil mit einer Öffnung (Ö) ausgebildet ist und in ihrer Längserstreckung (L) zumindest einen flanschlosen Abschnitt (2.1) und zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial (4) aufweist; und mit mindestens einem Kalibrierwerkzeug (20) zum Fertigformen der Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3), wobei das Kalibrierwerkzeug (20) mindestens einen Kalibrierstempel (21) und mindestens ein Kalibriergesenk (22) umfasst, wobei durch die Relativbewegung zwischen Kalibrierstempel (21) und Kalibriergesenk (22) das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechvorform (2) gestaucht wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Blechvorform (2) mit ihrer Öffnung (Ö) nach unten auf dem Kalibrierstempel (21) positionierbar ist, wobei der Kalibrierstempels (21) mindestens eine Stempelschulter (21.1) aufweist, welche zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) der Blechvorform (2) vorgesehen ist, so dass durch die Relativbewegung die zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) vorhandene Kante (2.11) der Blechvorform (2) mit einer Stempelschulter (21.1) des Kalibrierstempels (21) in Kontakt bringbar, sich daran abstützbar und mit 15 einem Druck beaufschlagbar ist, wobei der Kalibrierstempel (21) ortsfest und das Kalibriergesenk (22) beweglich im Kalibrierwerkzeug (20) ausgeführt ist. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Kalibrierstempel (21) mindestens einen im Kalibrierstempel (21) angeordneten verstellbaren Einsatz (21.2) aufweist, welcher vom Kalibrierstempel (21) beabstandbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Kalibriergesenk (22) mehrteilig ausgeführt ist und zumindest im flanschlosen Abschnitt (2.1) der Blechvorform (2) mindestens eine verstellbare Gesenkwange (22.1) aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Stempelschulter (21.1) eine maximale Erstreckung von der Materialdicke des eingesetzten Blechs (1) plus > 0 bis 0,35 mm aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Vorrichtung in einer Pressenlinie, Transfer-Presse oder Folgeverbund-Presse integriert ist.
PCT/EP2022/084986 2021-12-20 2022-12-08 Verfahren zur herstellung von blechbauteilen und vorrichtung hierfür WO2023117464A1 (de)

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