DE10019685A1 - 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 Formstempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt. Um die lokalen Formkonturen bei geringem Wirkmediumdruck auszuformen, wird das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen gegen im Wirkmedium ortsfest positionierte, elastisch nachgiebige Festkörper-Formelemente umgeformt. Die Formelemente bestehen vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren, verschleißfesten Material.

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 das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen ge­ gen im Wirkmedium ortsfest positionierte, elastisch nach­ giebige Festkörper-Formelemente umgeformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt für den größten Teil der Formänderungsarbeit die Vorteile des hydromechanischen Tiefziehens. Dort, wo dieses Verfahren hohe Wirkmediendrüke und damit eine große Zuhaltekraft erfordert, nämlich beim Umformen lokaler Formkonturen mit kleinen Formradien arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Art Prä­ gevorgang, bei dem diese Formkonturen durch Aufformen auf elastisch nachgiebige Formelemente ausgeformt werden.

Dies kann bei im wesentlichen konstant bleibendem Druck im Wirkmedium geschehen.

In vorteilhafter Ausführung werden die Formelemente in dem Wirkmedium so positioniert, daß das Blech durch die Bewe­ gung des Formstempels gegen Ende des Umformvorgangs im Be­ reich der lokalen Formkonturen mittels der Formelemente ge­ prägt wird.

Vorzugsweise werden Formelemente aus einem elastisch ver­ formbaren Werkstoff verwendet, wobei die Formändetungsar­ beit an den Formelementen für die Umformung des Blechs sorgt.

Der verwendete, elastisch verformbare Werkstoff sollte fer­ ner hochverschleißfest sein. Vorzugsweise werden Formele­ mente aus einem Polyurethan-Gießharz verwendet.

Zur Lösung der Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung mit einem in einem Pressengestell geführten Formstempel mit der Formkon­ tur des Formteilbodens, einem behälterförmigen Unterwerk­ zeug mit Zu- und Ablauf für das Wirkmedium und einem das Blech randseitig einspannenden Niederhalter. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß in dem Unterwerkzeug gegenüber den lokalen Formkonturen mit kleinem Formradius am Preßstempel Festkörper-Formelemente positioniert sind, die elastisch nachgiebig und in einer solchen Höhe angeordnet sind, daß der Preßstempel mit dem Blech gegen Ende des Umformvorgangs auf die Formelemente aufläuft.

Die Festkörper-Formelemente sind im Unterwerkzeug entspre­ chend der Anordnung der lokalen Formkonturen am Formstempel positioniert. Sie sind in einer solchen Höhe angeordnet, daß sie gegen Ende der Umformbewegung des Formstempels wirksam werden, indem der Formstempel mit dem Blech gegen die Formelemente anläuft und diese elastisch nachgeben, je­ doch nur in einem solchen Ausmaß, daß das Blech an den lo­ kalen Formkonturen geprägt wird. Während beim hydromechani­ schen Tiefziehen für solche Formkonturen Wirkmediendrücke bis zu 1500 bar erzeugt werden müssen, kann bei der erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung der Wirkmediendruck auf ca. 100 bar begrenzt bleiben. Auf diese Weise können auch großflächige Werkstücke mit kleinen Formradien auf Vorrichtungen mit relativ geringer Zuhaltekraft geformt werden. Es lassen sich insbesondere auch Radien einformen, die mit der herkömmlichen hydromechanischen Umformung nicht mehr formbar sind.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausführung können die Formelemente in ihrer Relativlage zum Formstempel einge­ stellt werden, was vorzugsweise mittels hydraulischer Stellglieder geschieht. Dabei kann mittels der hydrauli­ schen Stellglieder gegebenenfalls ein höherer Druck als der Wirkmediendruck aufgebracht werden.

Die Formelemente bestehen vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren und zudem verschleißfesten Material, wobei sich Polyurethan-Gießharz als besonders vorteilhaft erwie­ sen hat. Die Formelemente brauchen an ihrer Wirkfläche kei­ ne besondere Formkontur aufweisen, vielmehr bildet sich diese durch elastische Formänderung beim Anlaufen des Form­ stempels mit dem Blech gegen die Formelemente von selbst aus.

Vorzugsweise sind die Formelemente auswechselbar im Unter­ werkzeug angeordnet, um sie bei Verschleiß austauschen zu können.

In einer weiterhin bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß im Unterwerkzeug Stützen entsprechend den lokalen Form­ konturen am Formstempel positioniert und an diesen die ela­ stischen Formelemente auswechselbar befestigt sind. Auf diese Weise läßt sich die Baugröße der Verschleißteile auf das notwendige Maß einschränken. Die Stützen können starr oder auch als hydraulische Stellglieder, z. B. als Hydrau­ likzylinder, ausgebildet sein, mittels der die Formelemente an den Formstempel zustellbar sind.

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

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

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht in ei­ ner Zwischenposition des Formstempels;

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht in der Endposi­ tion und

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht in der End­ position gemäß Fig. 3.

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 nicht gezeigten Führungen des Pressengestells vertikal heb- und senkbar ist und dessen im wesentlichen vertikale Umfangsfläche 3 in Verbindung mit der vorlaufenden Stirnfläche 4 die Innenkontur des herzu­ stellenden Formteils 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, ausge­ stattet ist. Schließlich weist die Presse einen Niederhal­ ter 8 auf, der gegen den oberen Rand 9 des Unterwerkzeugs 5 zustellbar ist, in welchem eine Dichtungseinrichtung 10, z. B. eine umlaufende 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 und 13 in Form von Vertiefungen mit kleinen Formradien enthält.

Im Unterwerkzeug 5 sind gegenüber den lokalen Formkonturen 11, 12 und 13 am Formstempel 1 Formelemente 15, 16 und 17 angeordnet, die elastisch nachgiebig sind. Sie bestehen beim gezeigten Ausführungsbeispiel je nach Verlauf der lo­ kalen Formkonturen aus leisten- oder zapfenförmigen Körpern aus einem elastisch verformbaren Material, die wie Fig. 1 und 2 zeigen, an ihrer dem Formstempel zugekehrten Wirkflä­ che keine besondere Konturierung aufweisen. Die Formelemen­ te 15, 16 und 17 sind jeweils an einer starren Stütze 18 oder am beweglichen Glied eines Hydraulikzylinders auswech­ selbar festgelegt. Sie bestehen beispielsweise aus Formkör­ pern aus einem PU-Gießharz.

Nach dem Einlegen des Blechs 14 in die geöffnete Presse und Schließen des Niederhalters 8 gegen das Blech 14 und das Unterwerkzeug 5 wird über den Zulauf 6 das hydraulische Me­ dium 19 (Fig. 2) in das Unterwerkzeug 5 bei geschlossenen Abläufen 7 eingefüllt. Anschließend fährt der Formstempel 1 nach unten und formt das Blech 14 mit seiner Formkontur 4 um, wie dies in Fig. 2 in einem Zwischenstadium gezeigt ist. Dabei findet im Bereich der lokalen Formkonturen 11, 12 und 13 bereits ein Vorformen statt. Gegen Ende der Absenkbewe­ gung läuft der Formstempel 1 mit dem Blech 14 auf die Form­ elemente 15, 16 und 17 auf, die sich dabei pilzförmig ela­ stisch verformen. Dies ist in Fig. 4 in vergrößerter Dar­ stellung gezeigt. Dort sind die lokalen Formkonturen 13 am Preßstempel 1 mit kleinen Formradien erkennbar. Die Umfor­ mung des Blechs 14 in diesem Bereich ergibt sich durch eine entsprechende Formänderungsarbeit in den elastischen Form­ elementen 17, die sich pilzartig verformen.

Claims (16)

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 Formstempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech im Bereich der lokalen Formkonturen gegen im Wirkmedium ortsfest positionierte, elastisch nachgiebige Festkör­ per-Formelemente umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente in dem Wirkmedium so positioniert wer­ den, daß das Blech durch die Bewegung des Stempels ge­ gen Ende des Umformvorgangs im Bereich der lokalen Formkonturen mittels der Formelemente geprägt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Formelemente in ihrer Relativlage zum Formstempel eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente mittels hydraulischer Stellglieder eingestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Blech bei im wesentlichen kon­ stanten Druck im Wirkmedium mittels der Formelemente geprägt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Formelemente aus einem elastisch ver­ formbaren Werkstoff verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Formelemente aus einem verschleißfesten, elastisch ver­ formbaren Werkstoff verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß Formelemente aus einem Polyurethan-Gießharz verwendet werden.

9. Vorrichtung zum Tiefziehen von ebenen Blechen (14) zu Formteilen mit am Formteilboden angeordneten lokalen Formkonturen (11, 12, 13) mit kleinem Formradius mit einem in einem Pressengestell geführten Formstempel (1) mit der Formkontur des Formteilbodens, einem behälter­ förmigen Unterwerkzeug (5) mit Zu- und Ablauf (6, 7) für das Wirkmedium (19) und einem das Blech randseitig einspannenden Niederhalter (8), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Unterwerkzeug (5) gegenüber den lokalen Formkonturen (11, 12, 13) mit kleinem Formradius am Formstempel (1) Festkörper-Formelemente (15, 16, 17) positioniert sind, die elastisch nachgiebig und in ei­ ner solchen Höhe angeordnet sind, daß der Formstem­ pel (1) mit dem Blech (14) gegen Ende des Umformvor­ gangs auf die Formelemente (15, 16, 17) aufläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente (15, 16, 17) aus einem elastisch verformbaren Material bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente (15, 16, 17) aus einem verschleiß­ festen Material bestehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Formelemente (15, 16, 17) aus einem Polyurethan-Gießharz bestehen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente (15, 16, 17) aus­ wechselbar im Unterwerkzeug (5) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Unterwerkzeug (5) Stützen (18) entsprechend den lokalen Formkonturen (11, 12, 13) am Formstempel (1) positioniert und an diesen die elasti­ schen Formelemente (15, 16, 17) auswechselbar befestigt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen als hydraulische Stellglieder ausgebil­ det sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente (15, 16, 17) mittels der hydrauli­ schen Stellglieder in Richtung zum Formstempel (1) zu­ stellbar sind.