DD294439A5 - Verfahren zum tiefziehen von werkstoffen in tafelform - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Werkstoffen in Tafelform, insbesondere von Blechscheiben, umfassend ein Kissen aus einem elastischen Werkstoff, das in einem Aufnahmekasten liegt, Mittel zur Vorformung der Blechscheibe, die aus einem aeuszeren Stoeszel, der einen oberen Niederhalter traegt, bestehen, und Mittel zur endgueltigen Formung der genannten Blechscheibe, die aus einem mittleren Stoeszel, der auf einen Stempel einwirkt, bestehen, dadurch gekennzeichnet, dasz sie einen unteren Niederhalter besitzt, der zusammengesetzt ist aus Stuetz- und Halteorgan (3) fuer zumindest einen Teil der Blechscheibe * der direkt auf dem Kissen (2) liegt und mit dem oberen Niederhalter (6) zusammenwirkt, um die Blechscheibe zumindest an genau bestimmten Stellen zu spannen. Fig. 1{Vorrichtung; Tiefziehen; Werkstoffe; Tafelform; Blechscheiben; Kissen; Aufnahmekasten; Niederhalter; Stuetzorgan; Stoeszel, Stempel}

Description

Hierzu 7 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Werkstoffen in Tafelform, insbesondere von extra-feinen Blechen großer Abmessung zum Gegenstand.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach dem Patent FR-A 2564339 ist ein Tiefziehverfahren mit Kissen bekannt. Diesem Verfahren zufolge legt man das umzuformende Blech auf ein Kissen, legt einen äußeren Stößel mit Niederhalter an das Umfangsteil des Bleches an, so daß ein Fließen der Masse des Kissens verursacht wird, um den mittleren Teil des Bleches umzuformen, wobei ihm nach Abschluß der Vorverformung eine Oberfläche verliehen ist, die der Oberfläche des zu erhaltenden Fertigteils deutlich entspricht, danach setzt man einen mittleren Stößel ein, der durch einen Stempel auf den mittloren Teil des Bleches einwirkt, um dem Werkstück seine endgültige Form zu geben.

Dieses Verfahren gestattet das Tiefziehen eines Werkstoffes in Tafelform, vor allem eines Werkstoffes mit geringer Dohnung, der insbesondere in Blech sein kann, beispielsweise aus Stahl, obwohl dieses Verfahren nicht auf das Tiefziehen von Blechtafeln beschränkt ist, sondern ebenso bei Kunststoffen und bei jedem anderen Verbundwerkstoff angewendet werden kann. Das Kissen aus elastischem Material wird besonders als eine Verbundauflage beschrieben, die aus einer deutlich parallelepipedförmigen Masse auf Basis eines Silikonelastomers geringer Shore-Härte besteht, die auf ihrer Oberseite und auf

beschichtet werden kann.

Diese Technik, bei der das Blech direkt auf das Kissen aus einem elastischen Werkstoff gelegt wird, erlaubt ein Tiefziehen mit

praktisch gleichbleibender Dicke und kann besonders bei extradünnen Blechen angewendet werden; dieses Verfahren gestattet aber nicht, wirksam gegen die Faltenbildung in den Zonen mit starker Stauchung, besonders den winkligen Zonen, anzukämpfen. Um Werkstücke mit unterschiedlichen und winkligen Formen durch Tiefziehen zu formen, muß in diesen Zonen ein starkes Stauchen verwirklicht werden, dessen Neigung zur Faltenbildung nur durch eine Zunahme des Drucks des Niederhalters auf das Blech vermindert werden kann,

Mit der in FR-A 2 564339 beschriebenen Technik wird das Blech nun aber in der Zone unter dem Niederhalter, das heißt zwischen dem Niederhalter und dem Kissen aus elastischem Werkstoff, das selbst nicht starr genug ist, nicht ausreichend gehalten. Ein anderer Mangel dieser bekannten Technik besteht in der Oberflächenabnutzung des Werkstoffs, aus dem das Kissen besteht, im Bereich der Zone unter dem Niederhalter, was für die Herstellung von Teilen in großer Stückzahl nachteilig ist. Im Patent FR-A 2 590814 ist ebenfalls ein Tiefziehverfahren mit Kissen beschrieben, demzufolge die umzuformende Blechscheibe auf eine Auflage gelegt wird, die einen Aufnahmekasten für das Kissen bildet, ein Niederhalter, der an den peripheren Teil der Blechscheibe angelegt wird, um an örtlich begrenzten Stellen den Rand der Blechscheibe zu Krempen und um ein Fließen der Masse des Kissens zu verursachen, so daß der mittlere Teil der Blechscheibe umgeformt wird, und danach ein Ziehstempel an den mittleren Teil der Blechscheibe angesetzt wird, um das Werkstück in seiner Endform zu bilden. Ziel der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effektivität und die Langlebigkeit des Kissens sls elastischem Werkstoff zu verbessern und eventuell das Krempen des Randes der Blechschere insgesamt oder teilweise zu begünstigen, um Tiefziehteile mittlerer Tiefe, aber großer Abmessung und in großer Serie zu erhalten, wie etwa Autoteile, deren Mittelteile praktisch nie Rotationsformen, sondern komplexe nicht abwickelbare Formen aufweisen.

Die Erfindung hat also eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Werkstoffen in Tafelform, besonders von Blechscheiben, zum Gegenstand, umfaßt dabei ein Kissen aus einem elastischen Werkstoff, das in einem Aufnahmekasten liegt, Mittel zur Vorverformung der Blechscheibe, die bestehen aus einem äußeren Stößel, der einen oberen Niederhalter trägt, und Mittel zur Endverformung der genannten Blechscheibe, die aus einem mittleren Stößel, der auf einen Stempel einwirkt, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen unteren Niederhalter besitzt, der aus einem Stütz- und Halteorgan für zumindest einen Teil der Blechscheibe besteht, der sich direkt auf dem Kissen befindet und mit dem oberen Niederhalter zusammenwirkt, um die Blechscheibe zumindest an genau bestimmten Stellen zu pressen

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet,

- daß das Stütz- und Halteorgan ein Oberflächenprofil hat, das in der Form dem Profil der peripheren Zone des herzustellenden Fertigteils entspricht,

- daß das Stütz- und Halteorgan einen Abschnitt konstanter Dicke hat, der formschlüssig ist oder nicht,

- daß das Stütz- und Halteorgan einen Abschnitt mit veränderlicher Dicke hat,

- daß das Stütz- und Halteorgan aus einem Rahmen mit geschlossenem Umriß besteht,

- daß das Stütz- und Halteorgan aus unabhängigen Elementen besteht, die in den Klemmzonen-der Blechscheibe angeordnet sind,

- daß das Stütz- und Halteorgan einen Abschnitt in Winkelform hat,

- daß sie Ausgleichselemente besitzt,

- daß die Ausgleichselemente unter dem genannten Kissen angeordnet sind,

- daß die Ausgangselemente aus einem nicht zusammendrückbaren Block bestehen,

- daß die Ausgleichselemente zwischen dem Stütz- und Halteorgan und dem Kissen angeordnet wurden,

- daß die Ausgleichselemente aus einem kleinen Kissen aus elastischem Werkstoff der gleichen Art wie das Kissen bestehen.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Auf diesen sind Fig. 1: eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung, die die verschiedenen Elemente zeigt, aus

denen die erfindungsgemäße Tiefziehvorrichtung besteht, Fig. 2 bis 4: Schnittansichten entlang der Schnittlinie 2-2 der Figur 1 während der aufeinanderfolgenden Stufen der

Umformungeines Werkstückes, Fig. 5: eine perspektivische Schnittansicht in auseinandergezogener Anordnung einer ersten Variante der

Tiefziehvorrichtung, Fig. 6 bis 8: Ansichten von Schnitten entlang der Linie 6-8 der Figur 5 während der aufeinanderfolgenden Stufen der

Umformung eines Werkstücks, Fig. 9: eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung einer zweiten Variante der

Tiefziehvorrichtung, Fig. 10: eine perspektivische Ansicht einer dritten Variante derTiefziehvorrichtung, Fig. 11: eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung einer vierten Variante der Tiefziehvorrichtung. Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Tiefziehvorrichtung umfaßt einon Kasten 1, dessen mittlerer Teil ein Kissen 2 aus einem

elastischen Werkstoff aufnimmt.

Auf die Oberseite des Kissens 2 ist ein Rahmen 3 mit geschlossenem Umriß aufgelegt, der einen peripheren, unteren Niederhalter bildet und der deutlich den Umriß der Innenaufnahme des Kastens 1 hat, so daß er im Moment der Umformung des Werkstückes in die genannte Aufnahme eindringen kann. Über dem Kasten 1 hat die Tiefziehvorrichtung einen Körper 5, der an einem Aufsatz 11 befestigt ist, der von einem äußeren Stößel 28 getragen wird. Der untere Teil 6 des Körpers bildet einen oberen, peripheren Niederhalter. Der obere, periphere Niederhalter β hat einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Umriß der Innenaufnahme des Kastens 1, so daß er mit dem Rahmen 3 zusammenarbeitet und in die genannte Aufnahme eindringt. Der Körper δ hat einen zentralen Schacht 7, in dem ein Stempel 8 eindringt, der an seinem oberen Teil eine Druckplatte 9 hat. Der Aufsatz 11 hat ebenfalls einen zentralen Schacht für den Durchgang eines Stempels 8 und der Druckplatte 9. Die Unterseite des Stempels 8 hat einen Abdruck entsprechend dem Profil des zu erhaltenden Fertigteils. Die Umformung einer Blechscheibe 10 erfolgt auf folgende Art und Weiso. Zunächst legt man die Blechscheibe 10 auf den Rahmen 3; dann tritt der äußere Stempel 28 der Presse (Figur 2) mit dem Aufsatz 11 in Kontakt. Der äußere Stößel 28 bewegt sich fortschreitend abwärts, so daß sich über den Aufsatz 11 der Körper 5

und folglich der obere, periphere Niederhalter 6 abwärts bewegt. Dieser kommt nun mit der Blechscheibe 10 in Kontakt, doren peripherer Teil fortschreitend zwischen den oberen Niederhalter β und den Rahmen 3 gepreßt wird, um ihre Verwerfung zu vermeiden, und drückt gleichzeitig durch Rückwirkung das Kissen 2 zusammen.

Das Kissen 2 wirkt durch diesen Umfangsdruck (Figur 3) auf die mittlere Zone der Blechscheibe 10 ein und bewirkt die Verformung des genannten Bleches. Die Wölbung des mittleren Teils der Blechscheibe wird durch den Boden des Stempels 8 begrenzt, um erratische, unkontrollierte Verformungen zu vermeiden. Die Abwärtsbewegung des Aufsatzes 11 wird durch Säulchen 12 begrenzt. Die Figur 4 stellt die Stufe der Endformung des Werkstücks dar. Der mittlere Stößel 30 der Presse kommt mit der Druckplatte 9

des Stempels 8 in Kontakt und verursacht das Absenken des genannten Stempels auf seine untere Position, der gleichzeitig den oberen, peripheren Niederhalter 6 über Stangen 13 (Figur 4) zur Endformung der in der vorangegangenen Stufe vorgeformten

Blechscheibe 10 mitnimmt. Die Druckspannungen durch den Druck des Stempels 8 auf den höchsten Punkt der Blechscheibe wandeln sich unter Einwirkung

des Kissens 2, das auf die entgegengesetzte Seite der Blechscheibe drückt, in Zugspannungen um, die auf die ganze Fläche der genannten Blechscheibe ausgeübt werden und die Bewegung dieses Bleches in dem gesamten verfügbaren Raum verursachen.

Die Kombination von oberem peripheren Niederhalter 6 und unterem peripheren, durch den Rahmen 3 gebildeten Niederhalter

bietet ausreichende Starrheit, um die Blechscheibe während der Stufen der Verformung und der Formgebung in der Zone unter dem Niederhalter festzuhalten.

Die Freigabestufe des Fertigteils erfolgt durch gleichzeitiges Anheben des mittleren Stößels 30 und des äußeren Stößels 28, der

über den Aufsatz 11 den Körper 5 mitnimmt, welcher seinerseits den Stempel 8 über die Stangen 13 und die Druckplatte 9 mitnimmt.

Entsprechend einer in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Variante besteht der über dem Kissen 2 angeordnete untere periphere Niederhalter aus einem Rahmen 21 mit geschlossenem Umriß, der ein geeignetes formschlüssiges Teil 21a entsprechend dem Profil der peripheren Zone des zu erhaltenden Fertigteils aufweist. Die Vorrichtung umfaßt ebenfalls, wie bei der vorhergehenden Variante, einen Körper 22, der von einem äußeren Stößel 28

getragen wird, und dessen unterer Teil einen oberen peripheren Niederhalter 23 bildet. Der Körper 22 ist mit einem Schacht 24 versehen, in dessen Inneres ein Stempel 25 eindringt, der an seiner Unterseite einen Abdruck trägt, der dem Profil des zu erhaltenden Fertigteils entspricht. Der Stempel 25 hat an seinem oberen Teil eine Druckplatte 26.

Ein Aufsatz 27 ist fest mit dem Körper 22 verbunden und hat ebenfalls einen zentralen Schacht für den Durchgang des Stempels 25. Außerdem sind an der Oberseite des Kastens 1 bestimmte Bereiche 1 a ausgespart, die mit dem oberen, peripheren Niederhalter 23 zusammenwirken, um in bestimmten Bereichen den Rand der Blechscheibe 20 zu krempen. Die Umformung einer Blechscheibe 20 erfolgt in der folgenden Art und Weise. Zunächst legt man die Blechscheibe 20 auf, welche auf den Zonen 1 a und auf dem angeschlossenen Teil 21 a des Rahmens ruht.

in einer ersten Stufe drückt der äußere Stempel 28 der Presse (Figur β) vermittels des Aufsatzes 27 auf den Körper 22. Der äußere

Stempel 28 wird fortschreitend abgesenkt, so daß der obere Niederhalter 23 des Körpers 22 in bestimmten Zonen 1 a das Krempen des Randes der Blechscheibe verursacht, der gebogen wird. Folglich werden im Verlauf dieser ersten Stufe bestimmte Zonen des peripheren Teils der Blechscheibe 20, die einer starken Stauchung ausgesetzt sind, zwischen den bestimmten Zonen 1 a und dem Niederhalter 23 festgehalten, um in diesen Zonen das Krempen des Randes der Blechscheibe auszuführen, was gestattet, das Volumen des zu stauchenden Metalls zu verringern. Dann fährt man mit dem Absenken des äußeren Stempels 28 fort, um die Blechscheibe 20 zwischen dem oberen Niederhalter 23

und dem unteren Niederhalter, der durch den Rahmen 21 gebildet wird, festzuhalten und umzuformen. Gleichzeitig wird das

Kissen 2 zusammengedrückt, welches unter der Wirkung dieses peripheren Zusammendrückens (Figur 7) das plastische Fließen

des zentralen Bereichs der Blechscheibe 20 und die Vorformung der genannten Blechscheibe verursacht.

Die Wölbung des zentralen Teils der Blechscheibe wird durch den Boden des Stempels 25 begrenzt, um erratische,

unkontrollierte Verformungen zu vermeiden. Wie bei der vorhergehenden Variante wird das Absenken des Aufsatzes 27 und des äußeren Stößels 28 durch Säulchen 29 begrenzt.

Schließlich kommt der mittlere Stößel 30 der Presse mit der Druckplatte 26 des Stempels 25 in Kontakt und verursacht das Senken des genannten Stempels, der gleichzeitig den oberon, peripheren Niederhalter 23 über Stangen 13 (Figur 8) zur Endformung des zentralen Teils der Blechscheibe 20 mitnimmt. Einer anderen, in Figur 9 dargestellten, Ausführungsweise zufolge, wird der auf dem Kissen 2 angeordnete untere, periphere Niederhalter durch einen Rahmen 41 gebildet, der an zwei gegenüberliegenden Abschnitten eine geeignete Form 41 a mit

konvexem Relief aufweist, deren Höhe dem Profil der peripheren Zone des Fertigteils 40 entspricht, das nach der Umformung erhalten wird.

Die Vorrichtung umfaßt, wie bei den vorhergehenden Varianten einen Körper 42, dessen unterer Teil den oberen Niederhalter 43

bildet, einen Stempel 44 und einen Aufsatz 45. Die Verformung und die Formung der Scheibe erfolgen auf die gleiche Art und Weise.

Einer anderen, in Figur 10 dargestellten Variante zufolge, wird der untere, periphere Niederhalter, der auf dem Kissen 2

angeordnet ist, durch einen Rahmen 51 gebildet, der einen winkelförmigen Abschnitt hat. Dieser Rahmen 51 hat ebenfalls an zwei gegenüberliegenden Abschnitten eine geeignete Form 51 a mit konvexem Relief.

Wenn notwendig, hat die Vorrichtung ebenfalls wenigstens ein Ausgleichselement. Dieses Ausgleichselement hat den Zweck,

das Volumen zwischen der Oberfläche des Kissens 2 und der der Blechscheibe zwischen oberem Niederhalter und vom Rahmen gebildetem unteren Niederhalter zu reduzieren, so daß mit Beginn des Absenkens des oberen Niederhalters die Phase der

Vorformung eingeleitet wird. Bei dem in Figur 10 dargestellten Beispiel liegt zwischen dem Boden des Kastens 1 und dem Kissen 2 eine Ausgleichsform 52. Die Ausgleichsform 52 wird in diesem Fall aus einem nicht zusammendrückbaren Block mit einem deutlich dem Profil des Rahmens 51 entsprechenden Profil gebildet. Diese Anordnung gestattet es, das Kissen 2 vorzuformen, damit es sich der Form des Rahmens 51 anpaßt und um so eine zu

große Verformung des genannten Kissens im Moment der Vorformung und der Formung des Teils 50 zu vermeiden. Die

Vorrichtung hat selbstverständlich einen Körper 53, dessen unterer Teil den oberen Niederhalter 54 bildet, einen Stempel 55 und

einen Aufsatz 56.

Entsprechend einer anderen, in Figur 11 dargestellten Ausführungsweise der Figur 10 besteht der untere, periphere Niederhalter

ebenfalls aus einem Rahmen 51, der einen Abschnitt in Winkelform hat. In diesem Fall aber wird das zwischen der Oberseite des

Kissens 2 und dem Rahmen 51 vorhandene Volumen durch ein Ausgleichselement 60 ausgefüllt. Dieses Ausgleichselement

besteht aus einem kleinen Kissen aus elastischem Material gleicher Art wie das Kissen 2.

Bei dieser Variante findet man ebenfalls den Körper 53, den Stempel 55 und den Aufsatz 56. Die Ausgleichselemente 52 udn 60 haben also das Ziel, das Volumen zwischen dem Blech und dem Kissen zu reduzieren und so

die Phase der Vorformung bereits mit Beginn der Wirkung des oberen Niederhalters auf den Ring einzuleiten.

Der erfindungsgemäße untere, periphere Niederhalter hat generell ein Oberflächenprofil in einer Form, die deutlich dem Profil

der peripheren Zone des herzustellenden Fertigteils entspricht und einen Abschnitt von formschlüssiger oder nicht formschlüssiger konstanter Dicke. Er kann ebenfalls als ein System zum Auswerfen des Fertigteils verwendet werden.

Außerdem kann der untere Niederhalter aus unabhängigen Elementen bestehen, die sinnvoll am Umfang des Kissens und in den Zonen, in denen die periphere Zone der Blechschere gespannt werden muß, angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es also, wirksam die periphere Zone des Werkstückes während der Umformoperationen zu blockieren und die Effektivität und die Langlebigkeit des Kissens aus elastischem Material zu verbessern,

um tiefgezogene Teile mittlerer Tiefe, aber großer Abmessungen, wie Autoteile herzustellen, deren zentrale Teile praktisch nie

Rotationsformen sind, sondern komplexe, nicht abwickelbare Formen darstellen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Tiefziehen von Werkstoffen in Tafelform, insbesondere von Blechscheiben, umfassend ein Kissen aus einem elastischen Werkstoff, das in einem Aufnahmekasten liegt, Mittel zur Verformung der Blechscheibe, die aus einem äußeren Stößel, der einen oberen Niederhalter trägt, bestehen, und Mittel zur endgültigen Formung der genannten Blechscheibe, die aus einem mittleren Stößel, der auf einem Stempel einwirkt, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen unteren Niederhalter besitzt, der zusammengesetzt ist aus einem Stütz- und Halteorgan (3,21,41, 51) das direkt auf dem Kissen (2) liegt und das mit dem oberen Niederhalter (6,23,43,54) zusammenwirkt, um die Blechscheibe zumindest an genau bestimmten Stellen zu spannen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Halteorgan (3,21,41, 51) ein Oberflächenprofil hat, das in der Form dem Profil der peripheren Zone des herzustellenden Fertigteils entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz-und Halteorgan (3,21, 41,51 j einen Abschnitt konstanter Dicke hat, der formschlüssig ist oder nicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz-und Halteorgan (3,21, 41,51) einen Abschnitt mit veränderlicher Dicke hat.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Halteorgan aus einem Rahmen (3,21,41,51) mit geschlossenem Umriß besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Halteorgan (3,21,41,51) aus unabhängigen Elementen besteht, die in den Klemmzonen der Blechscheibe angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Halteorgan (51) einen Abschnitt in Winkelform hat.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ausgleichselemente (52, 60) besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente (52) unter dem genannten Kissen (2) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente (52) aus einem nicht zusammendrückbaren Block bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente (60) zwischen dem Stütz- und Halteorgan (51) und dem Kissen (2) angeordnet wurden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente aus einem kleinen Kissen (60) aus elastischem Werkstoff der gleichen Art wie das Kissen (2) bestehen.