DE10028804A1

DE10028804A1 - Verfahren zum hydromechanischen Umformen von Blechen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10028804A1
Application number: DE2000128804
Authority: DE
Inventors: Ralf Kolleck
Original assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-12-20

Abstract

Beim hydromechanischen Umformen von ebenen Blechen zu Formteilen, wird das mittels eines Blechhalters randseitig eingespannte Blech mittels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt. Der Stempel wird aus einer Ruheposition in eine Endformposition verstellt, wobei die Verstellbewegung des Stempels vor Erreichen der Endformposition zumindest einmal gestoppt wird und der Druck des Wirkmediums bei angehaltenem Stempel kurzzeitig erhöht und wieder abgesenkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydromechanischen Umformen von ebenen Blechen zu Formteilen, wobei das mit tels eines Blechhalters randseitig eingespannte Blech mit tels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stempels gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt wird, wobei der Stempel aus einer Ruheposition in eine Endformposition ver stellt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem Verfahren der genannten Art zum hydromechanischen Umformen oder Tiefziehen werden als Wirkmedien in der Pra xis üblicherweise Öl-Emulsionen eingesetzt. Das vom Blech halter gegen ein Unterwerkzeug eingespannte Blech wird zu gleich gegen eine Dichtung gepreßt, wodurch der Innenraum des Unterwerkzeugs unterhalb des Blechs abgedichtet ist. Dieser Innenraum des Unterwerkzeugs wird anschließend mit der Öl-Emulsion gefüllt, so daß sich in ihm durch die Ver stellbewegung des Stempels über das Blech und die damit verbundene Volumenverminderung des Innenraums der notwen dige Umformdruck aufbaut. Unter dem Druck im Wirkmedium wird das Blech auf den Stempel aufgeformt. Nach Erreichen der endgültigen Kontur wird der Druck im Unterwerkzeug ab gebaut, so daß das Formteil entnommen werden kann.

Bei einfachen Formteilkonturen arbeitet dieses Tiefziehver fahren kostengünstig und gegenüber der herkömmlichen Tief ziehtechnik mit geringerem Werkzeugverschleiß bei geringe rer Beanspruchung des Blechs bzw. Formteils. Weist das Formteil in seinem gegen das Wirkmedium umgeformten Boden jedoch Formkonturen mit engen Radien, wie lokale Vertiefun gen, Sicken, Überhöhungen oder dergleichen auf, die an der vorlaufenden Stirnseite des Stempels als entsprechende Kon turen auszubilden sind, erfordert dies vor allem gegen Ende des Umformvorganges hohe Drücke im Wirkmedium und einer entsprechend hohe Einspann- oder Zuhaltekraft des Blechhal ters zur Gewährleistung der Druckdichtigkeit. Damit ist der Nachteil verbunden, daß der Werkstoff großflächig am Stem pel anliegt, so daß durch den Wirkmediendruck eine hohe Flächenspannung hervorgerufen wird, die hohe Reibungskräfte bewirkt. Das Material kann zum Ausformen der feineren Kon turen und Formelemente nur aus der Blechdicke fließen, was zu einer starken Blechdickenreduzierung mit der Gefahr ei ner Rißbildung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art' zu hydromechanischen Umformung zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile vermieden sind und mit dem auch Formteile mit lokalen Formkonturen mit verringertem Wirkmediumdruck und Zuhaltekraft ausgebildet werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung vorzu schlagen.

Die erstgenannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum hy dromechanischen Umformen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Verstellbewegung des Stempels vor Erreichen der Endformposition zumindest einmal gestoppt oder angehal ten wird und der Druck des Wirkmediums bei angehaltenem Stempel kurzfristig erhöht und wieder abgesenkt wird. Auf diese Weise ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Umformung nicht in einem einzigen Zug bis zur maximalen Umformtiefe durchzuführen, sondern schrittweise vorzugehen und zwischen die einzelnen Schritte Kalibrierstufen einzufügen. Durch die Kalibrierstufen oder -vorgänge wird der Werkstoff des Blechs frühzeitig in die Formkonturen des Stempels ge bracht, wodurch der Druck des Wirkmediums am Ende des Um formvorganges zum endgültigen Formen des Bleches verringert sein kann.

Der Stempel kann in seiner Verstellbewegung zwischen der Ausgangs- oder Ruheposition und der Endformposition ein- oder mehrmals angehalten werden, um einen Kalibriervorgang durchzuführen. In der Regel dürfte es jedoch ausreichen, ein oder zwei Kalibriervorgänge auszuführen. Wenn der Stem pel angehalten ist, wird der Druck des Wirkmediums im Un terwerkzeug, der sich mittels einer Steuervorrichtung aktiv steuern läßt, ausgehend von einem beim Anhalten des Stem pels herrschenden Ausgangsniveau A auf ein Druckniveau B erhöht und anschließend wieder abgesenkt. Dabei hat es sich für die Fließeigenschaften des Materials des Bleches als sinnvoll erwiesen, die Absenkung des Drucks des Wirkmediums wieder auf das Ausgangsniveau A durchzuführen, von dem aus die Druckerhöhung erfolgte.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druck des Wirkmediums auch während der Verstellbe wegung des Stempels aktiv gesteuert wird. Dabei wird der Druck des Wirkmediums vorzugsweise erhöht, wobei die Erhö hung linear oder auch nicht-linear erfolgen kann. Bei nicht-linearer Druckerhöhung ist insbesondere eine über-li neare Druckerhöhung vorgesehen.

Um dem Material des Bleches, das Nachfließen in den Randbe reichen während der Verstellung des Stempels zu ermögli chen, ist in vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung vor gesehen, daß die Spannkraft des Blechhalters während der Verstellbewegung des Stempels verringert wird.

Das Formteil erhält seine endgültige Form indem der Druck des Wirkmediums nochmals erhöht wird, nachdem der Stempel seine Endformposition erreicht hat.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von ei ner Vorrichtung mit einem in einem Pressengestell zwischen einer Ruheposition und einer Endformposition verstellbaren Stempel, einem behälterförmigen Unterwerkzeug mit einem Zu lauf und einem Ablauf für das Wirkmedium und einem das Blech randseitig einspannenden Blechhalter aus. Eine derar tige Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Stempel in einer Zwischenposition seiner Verstell bewegung unter Kraft haltbar ist und daß eine Steuervor richtung vorgesehen ist, mittels der der Druck des Wirkme diums aktiv steuerbar ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer hydro mechanischen Presse in einer Ausgangsstel lung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht wäh rend eines Verformvorgangs,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht in einer Zwischenstellung des Stempels,

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht in einer Endstellung des Stempels und

Fig. 5 die Verläufe des Wirkmediumdrucks, des Stempelwegs und der Blechhalterkraft über die Zeit.

Die Fig. 1 und 4 zeigen in schematischer Darstellung nur die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Bauteile einer hydromechanischen Presse 10. Diese weist ein Ober werkzeug 20 mit einem Stempel 14 auf, der in nicht näher dargestellten Führungen des Pressengestells vertikal ver stellbar bzw. heb- und senkbar ist. Der Stempel 14 bestimmt mit seiner vorlaufenden, unteren Stirnfläche 14a und gege benenfalls seiner vertikalen Umfangsfläche 14b die Innen kontur des herzustellenden Formteils. Auf seiner unteren Stirnfläche 14a besitzt der Stempel 14 eine den Boden des Formteils abbildende Formfläche, die bei dem gezeigten Aus führungsbeispiel lokale Formkonturen 15 und 18 in Form von kleinen Vertiefungen mit kleinen Formradien besitzt.

Ferner umfaßt die Presse 10 ein behälterförmig ausgebilde tes Unterwerkzeug 12, das einen Zu- und Ablauf 19 für ein hydraulisches Wirkmedium, insbesondere eine Öl-Emulsion be sitzt. Auf dem oberen Umfangsrand des Unterwerkzeugs 12 ist eine Dichtung 17 beispielsweise in Form einer umlaufenden Dichtung angeordnet, auf die der Randbereich eines umzufor menden Bleches 16 auflegbar ist. Mittels eines vertikal verfahrbaren Blechhalters 11 kann das Blech 16 dichtend ge gen die Dichtung 17 gespannt werden.

Zum Umformen eines Bleches 16 wird dieses bei geöffnetem Blechhalter 11 auf den oberen Rand des Unterwerkzeugs 12 bzw. die Dichtung 17 aufgelegt. Anschließend wird der Blechhalter 11 nach unten verfahren, so daß er das Blech 16 mit vorbestimmter Blechhalterkraft gegen die Dichtung 17 spannt. Diese Ausgangsstellung zum Zeitpunkt t₀ ist in Fig. 1 dargestellt. Wie sich aus Fig. 5 ablesen läßt, sind zu diesem Zeitpunkt der Druck des Wirkmediums und der Stempel weg noch Null.

In einem ersten Schritt wird dann der Druck des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 durch Zuführung von Wirkmedium durch den Zulauf 19 bis zum Zeitpunkt t₁ leicht erhöht, wobei der Stempel 14 noch stillsteht und die Blech halterkraft unverändert bleibt. Auf diese Weise kann das Blech 15 zum Erzielen einer plastischen Dehnung im Blech mittenbereich gegen den Stempel 14 vorverformt werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Anschließend erfolgt im Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₂ der erste Ziehvorgang. Der Stempel 14 wird dabei linear nach unten verfahren, während der Druck des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 mit tels einer aktiven Drucksteuerung leicht auf ein Druckni veau A erhöht wird. Wie sich der unteren Darstellung in Fig. 5 entnehmen läßt, ist die Blechhalterkraft bei diesem ersten Ziehvorgang wesentlich verringert, um ein Nachflie ßen des Bleches 16 im Randbereich zu ermöglichen. Die Steuerung des Drucks des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit des Stempelweges nach einer linearen oder über-linearen Funk tion. Im Zeitpunkt t₂ wird der Stempel 14 angehalten. Zu diesem Zeitpunkt herrscht im Innenraum 13 des Unterwerk zeugs 12 ein Wirkmediumdruck A.

Nachdem der Stempel 14 angehalten ist, wird ein Kalibrier vorgang durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Blechhalter pressung wieder auf das Eingangsniveau angehoben und der Druck des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 wird von dem Wert A auf einen Wert B gesteigert und an schließend zum Zeitpunkt t₃, zu dem sich der Stempel 14 im mer noch in seiner angehaltenen Position befindet, wieder auf das Druckniveau A gesenkt. Durch das Einfügen des Kali briervorganges wird das Blech 16 bereits teilweise in die Formkonturen 15 und 18 des Stempels 14 eingewölbt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Anschließend wird der zweite Ziehvorgang durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Blechhalterkraft wie beim ersten Ziehvorgang abgesenkt und der Stempel 14 wird linear in seine Endformstellung verfahren, die er zum Zeitpunkt t₄ erreicht. Während des Verfahrens des Stempels 14 wird der Druck des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 linear oder über-linear erhöht.

Die endgültige Formgebung des Bleches 16 bzw. Formteils wird abschließend dadurch erreicht, daß zum Zeitpunkt t₄ die Blechhalterpressung wieder angehoben und der Druck des Wirkmediums im Innenraum 13 des Unterwerkzeugs 12 bei ste hendem Stempel 14 auf das Endniveau C angehoben wird, das zum Zeitpunkt t₅ erreicht ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der eigentli chen Ziehvorgang in zwei einzelne Ziehvorgänge mit zwi schengeschaltetem Kalibriervorgang unterteilt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, mehr als einen Kalibriervorgang zwischenzuschalten, insbesondere wenn dem Blech eine schwierige, sehr differenzierte Form gegeben werden soll.

Claims

1. Verfahren zum hydromechanischen Umformen von ebenen Blechen zu Formteilen, wobei das mittels eines Blech halters (11) randseitig eingespannte Blech (16) mit tels eines die Kontur des Formteils aufweisenden Stem pels (14) gegen ein fluides Wirkmedium umgeformt wird, wobei der Stempel (14) aus einer Ruheposition in eine Endformposition verstellt wird, dadurch gekennzeich net, daß die Verstellbewegung des Stempels (14) vor Erreichen der Endformposition zumindest einmal ge stoppt wird und der Druck des Wirkmediums bei angehal tenem Stempel (14) kurzzeitig erhöht und wieder abge senkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung des Drucks des Wirkmediums auf das Aus gangsniveau (A) der Erhöhung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Druck des Wirkmediums während der Ver stellbewegung des Stempels (14) aktiv gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wirkmediums während der Verstellbewegung des Stempels (14) erhöht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkraft des Blechhalters (11) während der Verstellbewegung des Stempels (14) verringert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wirkmediums erhöht wird, nachdem der Stempel (14) seine Endformposition erreicht hat.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem in einem Pressenge stell zwischen einer Ruheposition und einer Endformpo sition verstellbaren Stempel (13), einem behälterför migen Unterwerkzeug (12) mit einem Zu- und Ablauf (19) für das Wirkmedium und einem das Blech (16) randseitig einspannenden Blechhalter (11), dadurch gekennzeich net, daß der Stempel (14) in einer Zwischenposition in seiner Verstellbewegung unter Kraft haltbar ist und daß eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mittels der der Druck des Wirkmediums aktiv steuerbar ist.