DE10018116A1 - Verfahren zum Tiefziehen von Blechen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formteilen mit am Formteilboden angeordneten lokalen Formkonturen mit kleinen Formradien wird das randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt und in das Wirkmedium gegen den Formteilboden gerichteter Schall eingekoppelt, um lokale Formkonturen ohne zusätzliche Druckerhöhung endzuformen. Ferner ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formteilen mit am Formteilboden angeord­ neten lokalen Formkonturen mit kleinem Formradius, indem das randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein fluides Wirk­ medium umgeformt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur, Durchführung des Verfahrens.

Verfahren der vorgenannten Art werden auch als hydromecha­ nisches Tiefziehen bezeichnet. Als Wirkmedien haben sich in der Praxis Öl-Emulsionen durchgesetzt. Das vom Niederhalter gegen das Unterwerkzeug eingespannte Blech wird zugleich gegen eine Dichtung gepreßt und dadurch der Raum unterhalb des Blechs abgedichtet. Dieser Raum des Unterwerkzeugs wird anschließend mit der Öl-Emulsion gefüllt, in welchem sich durch die Fahrbewegung des Stempels über das Blech der not­ wendige Umformdruck aufbaut. Unter dem Druck im Wirkmedium wird das Blech auf den Formstempel aufgeformt. Nach Errei­ chen der endgültigen Kontur, wird der Druck im Unterwerk­ zeug abgebaut und kann das Formteil entnommen werden.

Bei einfachen Formteilkonturen arbeitet dieses Tiefziehver­ fahren kostengünstig und gegenüber der herkömmlichen Tief­ ziehtechnik mit geringem Werkzeugverschleiß bei geringerer Beanspruchung von Blech bzw. Formteil. Weist das Formteil in seinem gegen das Wirkmedium umgeformten Boden Formkontu­ ren mit engen Radien, wie lokale Vertiefungen, Sicken, Überhöhungen oder dergleichen auf, die an der vorlaufenden Stirnseite des Preßstempels als entsprechende Konturen aus­ gebildet sind, erfordert dies vor allem gegen Ende des Um­ formvorgangs hohe Drücke im Wirkmedium und eine entspre­ chend hohe Zuhaltekraft zur Gewährleistung der Druckdich­ tigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das hydromechani­ sche Tiefziehverfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß Formteile mit lokalen Formkonturen mit kleinen Formradien mit einem solchen Enddruck bzw. einer solchen Niederhalte­ kraft umgeformt werden können, wie sie für das Umformen von Formteilen ohne solche lokalen Formkonturen notwendig sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung vorzu­ schlagen.

Die erstgenannte Aufgabe wird bei einem hydromechanischen Tiefziehverfahren der eingangs genannten Art dadurch ge­ löst, daß in das Wirkmedium gegen den Formteilboden gerich­ teter Schall eingekoppelt wird.

Der Einsatz von Schall-, insbesondere Ultraschallenergie in der Umformtechnik ist an sich bekannt, in der Praxis aber bisher auf wenige Anwendungen und auf Formteile kleiner Ab­ messungen beschränkt. So ist schon vorgeschlagen worden, bei sogenannten geneckten Aerosoldosen, den eingezogenen Hals zwischen einem in die Dose eingeführten Formstempel, der mit einem entsprechend konturieten Außenwerkezeug zu­ sammenwirkt, dadurch zu erzeugen, daß der Dosenrumpf durch eine Art Stauchvorgang zwischen diesen Werkzeugen umgeformt wird. Je stärker der Einzug des Halses, d. h. die Durchmes­ serreduzierung ist, umso eher kommt es zur Faltenbildung. Dies wird dadurch zu verhindern versucht, daß das Außen­ werkzeug als Sonotrode ausgebildet ist, die Ultraschall et­ wa senkrecht zur Formfläche abstrahlt. Dadurch wird insbe­ sondere das Gleitverhalten zwischen Werkstück und Werkzeug beim Einformen günstig beeinflußt und läßt sich der Durch­ messer am Dosenkopf stärker reduzieren als mit herkömmli­ chen Verfahren. Die Ultraschallenergie wird also unmittel­ bar am Ort der Umformung in das umzuformende Blech einge­ koppelt, um die Reibung zu reduzieren. Dies setzt eine Un­ terbringung der Sonotrode bzw. des Transduktors unmittelbar am Formwerkzeug voraus.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hingegen die Schallenergie in das flüssige Wirkmedium eingekoppelt und von diesem direkt in das Blech bzw. in das Formteil einge­ leitet, und zwar insbesondere in den Bereichen der lokalen Formkonturen mit kleinen Formradien. Dabei hat sich ge­ zeigt, daß der statische Wirkmediendruck, der bisher wegen der kleinen Formradien an solchen lokalen Formkonturen ent­ sprechend hoch sein mußte, reduziert werden kann, auf einen Druck, der etwa demjenigen eines entsprechenden Formteils ohne solche Formkonturen entspricht. Demgemäß kann auch die randseitige Einspannung der Bleche mit entsprechend niedri­ gerer Zuhaltekraft erfolgen.

Dieser Effekt tritt schon bei Schallenergie mit relativ niedriger Frequenz auf. Bei tiefen Formkonturen und extrem kleinen Formradien wird sich jedoch Ultraschall empfehlen.

In der technischen Anwendung gilt als Untergrenze für Ul­ traschall eine Frequenz von 20 kHz, während die Obergrenze bis in den GHz-Bereich reicht und eigentlich nur durch die Möglichkeiten der Schall-Erzeugung begrenzt ist. Im Bereich der Umformtechnik von Metallen kommen Frequenzen zwischen 20 und 60 kHz in Betracht. Überraschend hat sich gezeigt, daß die Ultraschall-Einkopplung auch eine positive Wirkung auf die als Wirkmedium verwendete Öl-Emulsion hat, die Emulsion insbesondere stabilisiert und somit regeneriert wird, so daß die Austauschzyklen der Emulsion bedeutsam verlängert werden können. Auch die mikrobielle Zersetzung der Ölkomponente der Emulsion, die durch den Wasseranteil und den ständigen Luftzutritt gefördert wird, wird durch die eingekoppelte Schallenergie gebremst.

Vorzugsweise wird Schall gegen Ende des Umformens mit dem Formstempel eingekoppelt. Dies kann insbesondere bei im we­ sentlichen konstantem Druck im Wirkmedium, also bei Still­ stand des Formstempels erfolgen. Die durch das Wirkmedium bereits vorgeformten, lokalen Formkonturen werden durch die eingekoppelte Schallenergie endgeformt, insbesondere im Be­ reich der kleinen Formradien.

Vorzugsweise wird Schall in Form von Ultraschall von der dem Preßstempel gegenüberliegenden Seite in das Werkmedium eingekoppelt.

Aufgrund der guten Schall-Leitfähigkeit im Wirkmedium reicht eine nur sehr kurze Schall-Einkopplung von bis zu wenigen Sekunden aus, um die gewünschte Wirkung zu erzie­ len, so daß selbst bei Anwendung von Ultraschall umgebende Bauteile der Tiefziehanlage aufgrund ihrer Massenträgheit kaum oder gar nicht beeinflußt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von ei­ ner Vorrichtung mit einem in einem Pressengestell geführten Preßstempel, einem behälterförmigen Unterwerkzeug mit Zu- und Ablauf für das Wirkmedium und einem das Blech randsei­ tig einspannenden Niederhalter aus. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß am Unter­ werkzeug wenigstens ein in das Wirkmedium abstrahlender Schallerzeuger angeordnet und der erzeugte Schall gegen den Preßstempel gerichtet ist.

Der Einbau eines entsprechenden Senders bzw. einer Sonotro­ de, wie auch der nachträgliche Einbau in vorhandene Vor­ richtungen ist ohne großen Aufwand möglich. Ferner ist der Schallerzeuger in mechanisch nicht unmittelbar beanspruch­ ten Bereichen angeordnet und ausschließlich dem hydrostati­ schen Druck des Wirkmediums ausgesetzt. Schließlich ergibt sich durch die Anordnung des Schallerzeugers keine Bean­ spruchung der Bauteile der Vorrichtung, da er nur kurzzei­ tig in Betrieb ist, um die Umformung durch den hydrostati­ schen Druck zu unterstützen.

Vorzugsweise ist der Schallerzeuger so angeordnet, daß der abgestrahlte Schall gegen die im Formteilboden zu erzeugen­ de Formkontur mit kleinen Formradien gerichtet ist, um die Schallenergie gezielt lokal zur Wirkung zu bringen.

Der Schallerzeuger ist so gesteuert, daß er gegen Ende oder unmittelbar nach Abschluß der Umformbewegung durch den Preßstempel zuschaltbar ist und nach dem Endformen der lo­ kalen Formkontur wieder abgeschaltet wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer hydromechanischen Presse in der Ausgangsposition;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht in der End­ position des Preßstempels und

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht während der Schall- Einkopplung.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung nur die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Bauteile einer hydromechanischen Presse. Sie weist als Oberwerkzeug einen Preßstempel 1 auf, der in Führungen 2 des Pressengestells vertikal heb- und senkbar ist und dessen im wesentlichen vertikale Umfangsfläche 3 in Verbindung mit der vorlaufen­ den Stirnfläche 4 die Innenkontur des herzustellenden Form­ teils bestimmt. Ferner weist die Presse ein Unterwerkzeug 5 auf, das im wesentlichen behälterförmig ausgebildet ist und mit einem Zulauf 6 sowie Abläufen 7 für ein hydraulisches Wirkmedium, z. B. eine Öl-Emulsion, ausgestattet ist.

Schließlich weist die Presse einen Niederhalter 8 auf, der gegen den oberen Rand 9 des Unterwerkzeugs 5 zustellbar ist, in welchem eine Dichtungseinrichtung 10, z. B. eine um­ laufende Ringdichtung, angeordnet ist.

Der Preßstempel 1 weist an seiner vorlaufenden Stirnseite 4 eine den Boden des Formteils abbildende Formfläche auf, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel lokale Formkonturen 11, 12 in Form von kleinvolumigen Vertiefungen mit kleinen Formradien enthält.

Bei geöffnetem Niederhalter 8 wird das umzuformende Blech 13 auf den oberen Rand 9 des Unterwerkzeugs 5 bzw. auf die Dichtung 10 aufgelegt. Während des Zustellens des Preßstem­ pels 1 wird das hydraulische Medium 14, z. B. eine Öl- Emulsion, über den Zulauf 6 bei geschlossenen Abläufen 7 eingespeist und das Blech 13 bis auf die endgültige Zieh­ tiefe umgeformt (Fig. 2). Bei dieser Umformung wird das Blech auch in den Bereichen der lokalen Formkonturen 11, 12 vorgeformt.

Hat der Preßstempel 1 seine Endposition erreicht, wird ein am Unterwerkzeug an geeigneter Stelle angeordneter Schall­ erzeuger zugeschaltet, mittels dessen Schall 15 in das hy­ draulische Wirkmedium 14 eingekoppelt wird. Der Schall, vorteilhafterweise Ultraschall, wird in das Blech 13 einge­ leitet, so daß das Blech 13 auch im Bereich der kleinen Formradien der Formkonturen 11, 12 umgeformt wird. Nach An­ heben des Preßstempels 1 und Absenken des Drucks des Wirk­ mediums 14 über die Abläufe 7 kann das fertige Formteil entnommen werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Tiefziehen von ebenen Blechen zu Formtei­ len mit am Formteilboden angeordneten lokalen Formkon­ turen mit kleinem Formradius, indem das randseitig ein­ gespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein fluides Wirkmedium um­ geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wirk­ medium gegen den Formteilboden gerichteter Schall ein­ gekoppelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schall gegen Ende des mit dem Formstempel erfolgenden Umformens eingekoppelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Schall bei im wesentlich konstantem Druck im Wirkmedium eingekoppelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Schall von der dem Preßstempel gege­ nüberliegenden Seite in das Wirkmedium eingekoppelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Schall für eine Dauer von bis zu we­ nigen Sekunden eingekoppelt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem in einem Pressengestell geführten Preßstempel, einem behälterförmigen Unter­ werkzeug mit zu- und Ablauf für das Wirkmedium und ei­ nem das Blech randseitig einspannenden Niederhalter, dadurch gekennzeichnet, daß am Unterwerkzeug (5) wenig­ stens ein in das Wirkmedium (14) abstrahlender Schall­ erzeuger (15) angeordnet und der erzeugte Ultraschall gegen den Preßstempel (1) gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (15) so angeordnet ist, daß er gegen eine im Formteilboden zu erzeugende Formkontur (11, 12) mit kleinem Formradius gerichtet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schallerzeuger (15) gegen Ende der Umformbewegung des Preßstempels (1) zuschaltbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (15) bei Still­ stand des Preßstempels (1) zuschaltbar ist.