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Verfahren und Einrichtung zum hydraulischen Ziehen von Formteilen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum hydraulischen Ziehen von
Formteilen, unter Verwendung eines mit Flüssigkeit gefüllten Druckbehälters, gegen den das Ziehgut über einen Ziehstempel geformt wird.
Das Tiefziehen von konischen oder unregelmässig geformten Teilen bereitet besondere Schwierigkei - ten. Beim bisher bekannten Tiefziehverfahren wird in die geöffnete Presse die Ziehscheibe auf den Zieh- ring gelegt, beim Schliessen der Presse setzt ein Niederhalter unter einem bestimmten Druck auf die Zieh- scheibe auf, u. zw. so lange, bis durch den nachfolgenden Ziehstempel das Blech unter dem Niederhalter in den Ziehspalt gezogen ist. Dieses seit langer Zeit übliche Verfahren hat den Nachteil, dass man für jeden Ziehteil genau aufeinander gearbeitete Positiv- und Negativformen braucht, die nur für eine be- stimmte Blechdicke geeignet sind, ausserdem bilden sich vielfach an den Ziehrändem Falten.
Andere
Tiefziehverfahren sind das sogenannte Beutelziehverfahren und das Gummiziehverfahren, bei denen ein mit Flüssigkeit gefüllter Gummibeutel oder ein aus Vollgummi gefertigter Stempel auf die Ziehscheibe aufsetzt und diese in die Negativform hineindrückt. Bei diesem Verfahren erspart man zwar die Positiv- form und vermeidet auch die Faltenbildung, es hat aber den Nachteil, dass nach dem Aufsetzen des Stempels das Blech mit dem Verformungsdruck auf den Ziehring gepresst wird, wobei das Einziehen des Blechs am Anfang sehr erschwert wird. Bei den geschilderten Tiefziehverfahren wird als besonderer Nachteil empfunden, dass der Ziehring als teure Negativform ausgeführt sein und für jede Form ein besonderer Gummibeutel bzw.
Stempel angefertigt werden muss, auch ist der Verschleiss der Gummibeutel bzw. der Gummistempel verhältnismässig gross.
Weiterhin sind Tiefziehverfahren bekannt, bei denen ein durch eine Gummimembrane abgedeckter, mit Flüssigkeit gefüllter Raum als Matrize dient, in dem die Ziehscheibe durch einen mit Positivform versehenen Stempel verformt wird. Auch dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Es wird eine Sondermaschine benötigt, der Membranverschleiss ist relativ hoch, die Ziehtiefe ist durch die Leistungsfähigkeit der Membrane begrenzt, vorgezogene Teile können nicht nachgezogen werden, das Stülpziehen ist undurchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Tiefziehverfahren anzugeben, bei dem die Nachteile der bekannten Tiefziehverfahren weitgehend vermieden sind. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehteil als Deckteil gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Dichtringes od. dgl. t. uf die obere Randbegrenzung desDruckbehälters aufgelegt, durch einen Niederhalter belastet und unmittelbar gegen die Flüssigkeit als Matrize über die Randbegrenzung oder den Dichtring durch einen Formstempel od. dgl. gezogen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, den Druck auf den Formstempel bzw. den Druck der Ziehflüssigkeit in Abhängigkeit vom Arbeitsweg des Formstempels zu ändern, insbesondere durch ein Programmsteuerwerk zu steuern. Für eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es vorteilhaft, als Dichtring zwischen Niederhalter, Ziehteil und Druckbehälter eine in eine Nut des Druckbehälters eingelegte federnde Dichtung aus weichem Werkstoff, z. B. Leder, Kupfer od. dgl., vorzusehen.
Das Verfahren hebt sich besonders dadurch vorteilhaft von den bekannten Ziehverfahren ab, dass
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einerseits keine Gummimembrane erforderlich ist und sich anderseits in einem Zug ein wesentlich grösserer Verformungsgrad erzielen lässt. Ausserdem ist die der Druckflüssigkeit zugewendete Oberfläche des Ziehteiles keinen mechanischen Beanspruchungen beim Ziehvorgang ausgesetzt, so dass eine Oberflächennachbearbeitung, z. B. Polieren, Schleifen od. dgl., meistens enfallen kann. Die Oberflächenstruktur verbessernde Überzüge können vor dem Ziehen aufgebracht werden.
Zum Ziehen von Formteilen mit unebenem Flansch werden bei der Einrichtung nach der Erfindung die Randbegrenzung des Ziehteiles und die Unterkante des Niederhalters der gewünschten Wölbung des Flansches des Ziehteiles angepasst und die Druckflüssigkeit erst nach dem Aufsetzen des zusammen mit dem Ziehring zunächst die Wölbung des Flansches formenden Niederhalters in den zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Punkt der gewölbtenRandbegrenzuhg liegenden Teil des Druckbehälters eingebracht.
Zweckmässig wird der Druckbehälter vor dem Aufsetzen des Niederhalters nur etwa bis zum niedrigsten Punkt der Randbegrenzung mit Flüssigkeit gefüllt. Es ist natürlich auch möglich, den Druckbehälter überhaupt erst nach dem Aufsetzen des Niederhalters'mit Flüssigkeit zu füllen. Durch geeignete Ventile oder Schieber wird der Druckbehälter beim Einfüllen der Druckflüssigkeit entlüftet. Das Auffüllen des Druckbehälters bzw. des vor dem Aufsetzen des Niederhalters noch flüssigkeitsleeren Teiles des Druckbehälters kann mit Hilfe eines in denDruckbehälter oder in einen damit verbundenen Behälter eintauchenden Kol- bens erfolgen. Es kann mit einfachen oder mehrfach wirkenden Pressen gearbeitet und der Druck im Druck- behälter in Abhängigkeit von der Stellung des Ziehstempels gesteuert werden.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.
Fig. l zeigt ein hydraulisches Ziehwerkzeug vor dem Ziehvorgang. Fig. 2 zeigt das Ziehwerkzeug beim Ziehen. Fig. 3 zeigt das Ziehwerkzeug nach dem Ziehen. Fig. 4 ist ein Teilschnitt aus den vorange- henden Figuren. Fig. 5 zeigt ein hydraulisches Stülpziehwerkzeug vor dem Stülpzug. Fig. 6 zeigt das Werk- zeug nach Fig. 5 nach dem Stülpzug. Fig. 7 zeigt ein hydraulisches Stülpziehwerkzeug für vorgezogene
Teile. Fig. 8 zeigt ein hydraulisches Ziehwerkzeug mit vorgezogenem Teil. Das Ziehen von Hohlteilen mit unebenem Flansch wird später an Hand der Figuren 9 - 12 erläutert.
Der Unterteil des Ziehwerkzeuges besteht aus einer Art Ziehring l, der die obere Randbegrenzung des
Druckbehälters 2 bildet. Der Ziehring 1 ist am Rand mit einem Dichtring 3 versehen, der in eine Nut 10 eingelegt und über die Kanäle 11 aus dem Druckbehälter 2 unter Pressdruck gesetzt werden kann. Die
Dichtung besteht zweckmässig aus elastischem Material, wie Leder, Gummi od. dgl., eventuell mit einer
Metallschichtauflage. Die Dichtung kann durch Eigenfederung des Dichtringes gegen den Druck des Nie- derhalters oder durch besondere Federn erzeugt werden. Es ergibt sich damit ein dichter Abschluss zwi- schen dem Ziehteil 9 (Platine) und dem Abschluss des Druckbehälters 2, nämlich dem Dichtring 3.
In Verbindung mit dem Druckbehälter 2 steht ein einstellbares bzw. geregeltes Druckventil 4. Zum
Zurückpumpen der Flüssigkeit in den Druckbehälter 2 aus einem ausserhalb angebrachten Flüssigkeit- behälter 5 dient die Pumpe 13, in deren Druckleitung ein Rückschlagventil 6 eingebaut ist.
Der Oberteil des Ziehwerkzeuges besteht aus einem der herzustellenden Form des Ziehteiles ent- sprechenden Stempel 7 und dem Niederhalter 8, der bei einfach wirkenden Pressen federnd niedergehal- ten oder mit Schiebern verriegelt ist. Zwischen dem Niederhalter 8 und dem Dichtring 3 ist der Ziehteil
9 eingelegt. Ein Zeitrelais oder ein Programmsteuerwerk 12 regelt in Abhängigkeit von der Bewegung des
Stempels 7 denDruck imDruckbehälter 2. Der Druck kann auch durch Speicher- oder Ausgleichszylinder
14 mittels Druckluft über den Anschluss 15 und/oder direkt am Druckventil 4 geregelt werden. An Stelle des einenAusgleichszylinders 14 kann auch eine ganze Batterie von Zylindern oder Speichern vorgesehen sein, die gegebenenfalls mit verschiedenen Drücken arbeiten und die wahlweise einschaltbar sind.
Der Arbeitsablauf ist folgender :
Die Ziehscheibe 9 wird. auf den Ziehring 1 aufgelegt, wenn dieser mit Druckflüssigkeit gefüllt ist.
Nach dem Einschalten der Presse drückt der Niederhalter 8 auf die Ziehscheibe und bildet so im Unter- teil einen geschlossenen Druckraum 2. Durch das nachfolgende Eindringen des Stempels 7 baut sich der vorgewählte Druck im Druckraum auf, legt die Ziehscheibe an den Stempel an und stülpt - hauptsächlich bei konischen Teilen - das Ziehgut in den Randpartien etwas nach oben. Der eigentliche Ziehvorgang er- folgt dann nicht über die Ziehkante, sondern im wesentlichen über die unter Druck stehende Flüssigkeit (Fig. 2). Die Einstellung des Betrages dieser Stülpung geschieht durch die Druckregelung im Behälter 2.
Beim Rücklauf der Presse wird die beim Ziehvorgang in den Flüssigkeitsbehälter 5 gepresste Flüssigkeit von der Pumpe 13 in das Werkzeug zurückgepumpt. Der Arbeitszyklus kann nun wieder von neuem beginnen. Der Grundriss der Ziehteile braucht nicht rund oder oval, sondern kann auch viereckig oder beliebig geformt sein. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich z. B, Kesselböden, Reflektoren
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für Scheinwerfer, BUgeleisenhauben und Behälter beliebiger Art mit geringen Material- und Werkzeug- kosten bei geringem Zeitaufwand herstellen.
Um einen möglichst grossen Verformungsgrad in einem Zug zu erhalten, ist es vielfach zweckmässig. mit einem sogenannten Stülpzug arbeiten. In Fig. 5 und 6 ist einhydraulischesStülpwerkzeug gezeigt. in welchem die Ziehscheibe zunächst zum vorgezogenen Ziehteil 16 vorgezogen und dann hydraulisch umgestülpt wird. Die hydraulischen Einrichtungen nach den Fig. l, 2.3 sind nicht eingezeichnet.
Der Arbeitsablauf beim Stülpziehen ist folgender : Die Ziehscheibe 9 wird zunächst flach-wie ge- strichelt eingezeichnet-aufdenZIehrmgl ? mitDichtung 3 aufgelegt. Der Niederhalter 18 befindet sich dabei ebenso wie der Stempel 7 oberhalb der Ziehscheibe 9. Beim HerabdrUcken des Niederhalters 18 wird die Ziehscheibe 9 durch die Kanten 19 des Niederhalters zum vorgezogenen Ziehteil 16 vorgezogen. In dieser Stellung befindet sich das Werkzeug in Fig. 5. Nach diesem Vorzug erfolgt der Weiterzug durch
Stülpen mit Hilfe des nunmehr nach unten drückenden Stempels 7 (vgl. Fig. 6), u. zw. wieder gegen das
Flüssigkeitskissen im Ziehring 17. Der Ziehring 17 dient also bei diesem Verfahren für den Vorzug als positive Matrize.
Wenn Teile, die bereits vorgezogen sind, nach dem erfindungsgemässen Verfahren umgestülpt wer- den sollen, kann man, wie Fig. 7 zeigt, mit einfachen Werkzeugen auskommen. Der vorgezogene Zieh- teil 16 wird hier über den Ziehring 17 gestülpt und durch den Niederhalter 8 gegen die Dichtung 3 ge- drückt. Beim Niederdrücken des Stempels 7 wird der Ziehteil 16 in der zuvor an Hand der Fig. 5 und 6 ge- schilderten Weise umgestülpt.
In Fig. 8 ist eine Vorrichtung gezeigt, bei der der bereits vorgezogene Ziehteil 16 über den den Stem- pel 7 umgebenden Teil des Niederhalters 18 gestülpt und durch einen Zentrierring 20 seitlich festgehalten ist. Die gewünschte Verformung des Bodens als Ziehteil 16 wird, wie zuvor bereits eingehend erläutert, durch Niederdrücken des Stempels 7 gegen den Druck im vom Ziehring 17 umschlossenen Druckbehälter 2 erzielt. Die Fig. 9 - 12 zeigen in verschiedenen Stadien des Ziehvorganges eine Ziehvorrichtung für Hohl- teile mit unebenem Flansch.
Betrachtet man den Aufbau der Ziehvorrichtung an Hand von Fig. 9, so bildet der Ziehring 1 zu- gleich die Wandung des Druckbehälters 2, der mit einem Zuflussventil 31 und einem Abflussventil 32 versehen ist. Die Randbegrenzung 33 des Ziehringes 1 ist der gewünschten Wölbung des Flansches des
Ziehteiles entsprechend gewölbt ausgebildet. Dieselbe Wölbung weist die Unterkante 34 des Niederhal- ters 8 auf. Die Druckflüssigkeit steht etwa bis zum tiefsten Punkt 37 der Randbegrenzung 33.
Zunächst wird, wie Fig. 9 zeigt, die Ziehscheibe 9 (Platine) auf die Oberkante des Ziehwulstes 24 des Ziehringes 1 aufgelegt und durch Einlegestifte 23 in ihrer Lage gesichert. Im Unterteil des Nieder- halters 8 sind dem Ziehwulst 24 des Ziehringes 1 entsprechende Ausnehmungen 35 vorgesehen.
Beim Aufsetzen des Niederhalters 8 auf die Platine 9 (vgl. Fig. 10) werden deren Randpartien zu dem vorgesehenen gewölbten Flansch des Ziehteiles verformt. Sobald der Niederhalter 8 allseitig dicht auf dem
Ziehring 1 aufliegt, ist der Druckbehälter flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Zwischen Niederhalter 8 und dem Ziehring 1 liegt die Dichtung 43.
Sobald der Druckraum abgeschlossen ist, wird-wie Fig. 11 zeigt-durch Verschieben des Tauchkol- bens 27 in Richtung des Pfeiles 36 die Flüssigkeit in den zwischen dem niedrigsten Punkt 37 und dem höchsten Punkt 38 der Randbegrenzung 33 liegenden Raum des Druckbehälters 2 eingebracht. Dabei ent- weicht die in diesem Raum vorhandene Luft über einen Magnetschieber 25 od. dgl. Sobald der Druckbehälter 2 bis zur Platine 9 hin mitDruckflüssigkeit gefüllt ist, beginnt das hydraulische Tiefziehverfahren. Der Ziehstempel 7 drückt die Platine nach unten-wobei die Druckflüssigkeit als Matrize wirkt-gegen die dem Hohlraum des Ziehteiles entsprechend geformte untere Begrenzungsfläche 39 des Ziehstempels 7.
Am Ende des Ziehvorganges (vgl. Fig. 12) entsteht eir. Ziehteil 41 mit einem gewölbten Flansch 42.
Durch dieses Verfahren lassen sich z. B. Kotflügel für Kraftwagen und andere Ziehteile mit unebenem
Flansch in den meisten Fällen mit nur einem Zug herstellen.
Auch für Hohlteile mit unebenem Flansch kann das Verfahren gemäss der Erfindung insbesondere für
Ziehteile mit nur geringfügig gewölbtem Flansch mittels einer einfach wirkenden Presse durchgeführt werden. Dann werden der Niederhalter 8 und der Ziehstempel 7 nicht von getrennten Kraftantrieben nacheinander nach unten gedrückt, sondern der Niederhalter 8 ist federnd am Ziehstempel 7 befestigt, so dass sich der Niederhalter 8 nach dem Aufsetzen auf die Platine 9 und den Ziehring l gegen die Kraft der Federn beim weiteren Herabdrücken des Ziehstempels 7 relativ zu diesem verschiebt. Da die Federkraft, insbesondere bei höheren Drücken im Druckbehälter 2 nicht ausreicht, ist es zweckmässig, den Nieder-
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dgl.stempels 7 sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Hiefür können von Gestängen, Kettenantrieben, Zahnstangen od. dgl. verstellbare Ventile, Schieber, Kolben usw. benutzt werden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können nicht nur Ziehteile aus Metall, z. B. Stahl, Kupfer, Messing u. dgl., sondern auch aus Kunststoffz. B. Plexiglas, gezogen werden. Dabei kann man die Druckflüssigkeit zugleich. zum Erwärmen der Platine verwenden, indem man die Druckflüssigkeit erhitzt oder heiss in denDruckbehälter einfüllt. Am billigsten ist das Verfahren, wenn als Druckflüssigkeit Wasser benutzt wird. Es können jedoch im Bedarfsfall auch andere Flüssigkeiten Verwendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum hydraulischen Ziehen von Formteilen, unter Verwendung eines mit Flüssigkeit gefüllten Druckbehälters, gegen den das Ziehgut über einen Ziehstempel geformt wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass derZiehteil (9) alsDeckteil gegebenenfalls unterZwischenlage eines Dichtringes (3) od. dgl. auf die obere Randbegrenzung des Druckbehälters (2) aufgelegt, durch einen Niederhalter (8) belastet und unmittelbar gegen die Flüssigkeit als Matrize über die Randbegrenzung oder den Dichtring (3) durch einen Formstempel (7) od. dgl. gezogen wird.