DE10149543A1

DE10149543A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE10149543A1
Application number: DE2001149543
Authority: DE
Inventors: Konrad Schnupp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken mit zumindest einem zentrischen Außenhochdruckumform-Werkzeug 2 und zumindest einem diesem zugeordneten Niederhalter 3, sowie mit zumindest einem diesem zugeordneten Unterwerkzeug 4, wobei die Arbeitsfläche 5 des Unterwerkzeugs 4 und die Arbeitsfläche 6 des Niederhalters 3 zueinander passend und passend zu einem im Wesentlichen fertig umgeformten Werkstück 1 ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, metallische Werkstücke, beispielsweise zur Herstellung von Teilen von Kraftfahrzeug-Karosserien, durch Umformung zu verformen. Dies geschieht üblicherweise durch die Verwendung von Tiefziehpressen. Hierbei kann es sich ergeben, dass bestimmte Umformschritte mittels der üblichen Tiefzieh-Technologien nicht realisierbar sind, ohne dass die Gefahr von Ausschuss besteht. Weiterhin können Fälle auftreten, in denen in Großserie hergestellte Werkstücke für Sonderserien nachbearbeitet werden müssen. So ist es beispielsweise möglich, in Großserie das Dachelement einer Kfz-Karosserie mittels einer Tiefziehpresse herzustellen. Für die beschränkte Anzahl von Fahrzeugen, welche mit einem Schiebedach ausgerüstet werden sollen, würde sich somit die Notwendigkeit ergeben, ein vollständig neues Werkzeug zu bauen, mit Hilfe dessen beispielsweise der Dichtungsrand des Schiebedachs ausgeprägt werden kann. Es kann aber auch sein, dass derartige weitere Verformungen nicht durch Tiefzieh-Technologie realisierbar sind, da das Material reissen würde oder Falten werfen würde. Somit wäre es erforderlich, ein separates Teil herzustellen, beispielsweise mittels Hydroumformung, und dieses dann mit dem restlichen Serienteil zu verschweißen oder zu verlöten. Alle diese Vorgehensweisen sind aufwendig, kostenintensiv und benötigen eine nicht unerhebliche zusätzliche Bearbeitungszeit.

_Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Handhabbarkeit die Nacharbeitung oder Weiterverformung auch kompliziertester Werkstücke ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst, die jeweiligen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit hinsichtlich des Verfahrens vorgesehen, dass in zumindest einem vorausgehenden Arbeitsschritt das Werkstück mittels üblicher Technologien fertig umgeformt wird und dass erfindungsgemäß in zumindest einem weiteren Arbeitsschritt eine Nachverformung oder Nachumformung mittels eines Außenhochdruckumformverfahrens erfolgt.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Erfindungsgemäß wird somit die Möglichkeit geschaffen, ein Werkstück fertig umzuformen, beispielsweise ein Dachelement eines Kraftfahrzeugs, einen Kotflügel oder Ähnliches. Sollte es sich, beispielsweise für Sondermodelle oder Kleinserien oder für spezielle Ausstattungsvarianten, als erforderlich erweisen, das in der Großserie fertig hergestellte Werkstück abzuändern, so kann dieser Schritt erfindungsgemäß durch eine zusätzliche Nachverformung oder Nachumformung mittels des Aussenhochdruckumformverfahrens vorgenommen werden. Es ist somit nicht erforderlich, den gesamten Umformprozess des Werkstücks vollständig auf diese Sonderform oder diesen Ausstattungswunsch abzustimmen. Vielmehr kann mittels eines zusätzlichen Arbeitsschrittes die entsprechende Weiterbildung des Bauelementes erfolgen.

Der erste Arbeitsschritt kann erfindungsgemäß eine mechanische Umformung umfassen, so wie dies beispielsweise im Kfz- Karosseriebau üblich ist.

Im Rahmen der Erfindung kann der zweite Arbeitsschritt mehrstufig ausgebildet sein und/oder weitere Bearbeitungsschritte umfassen, wie etwa Stanzen, Lochen oder Ähnliches. Hierdurch ist eine besonders zeitsparende Bearbeitung des Werkstückes möglich.

Als besonders wichtig kann es sich erfindungsgemäß erweisen, wenn in dem zweiten Arbeitsschritt ein geregeltes oder gesteuertes Niederhalten des bereits fertig umgeformten Werkstücks erfolgt, um Faltenbildungen zu vermeiden, um Risse auszuschließen und um eine gezielte, optimale weitere Umformung zu gewährleisten. Dabei ist es besonders günstig, wenn das gesamte Werkstück mittels eines Niederhalters eingespannt und gehalten wird. Lediglich eine partielle Halterung im Bereich des Außenhochdruckumform-Werkzeuges wird in vielen Fällen nicht zu befriedigenden Ergebnissen führen.

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein, gegebenenfalls zentrisch angeordnetes Außenhochdruckumformwerkzeug sowie zumindest ein diesem zugeordneter Niederhalter vorgesehen sind. Weiterhin ist zumindest ein dem Außenhochdruckumformwerkzeug und dem Niederhalter zugeordnetes Unterwerkzeug vorgesehen, wobei die Arbeitsfläche des Unterwerkzeugs und die Arbeitsfläche des Niederhalters zueinander passend und passend zu einem im Wesentlichen fertig umgeformten Werkstück ausgebildet sind.

Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Durch die konturierte Ausgestaltung der Arbeitsfläche des Unterwerkzeugs und des Niederhalters ist gewährleistet, dass das bereits fertig ausgebildete Werkstück in den nicht mehr zu verformenden Bereichen ausreichend und sicher gehalten wird. Hierbei ist sichergestellt, dass der Niederhalter die während der Außenhochdruckumformung erforderliche Niederhalterwirkung (bedingt durch eine entsprechend bedingte Niederhalterkraft) ausübt. Es kann dabei günstig sein, unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Niederhalterkräften zu beaufschlagen. Hierdurch wird ein gezieltes Nachfließen des Materials des Werkstücks während der Außenhochdruckumformung in dem zu verformenden Bereich gewährleistet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ein einstückiges Unterwerkzeug vorzusehen oder mehrere Unterwerkzeuge miteinander zu kombinieren.

Weiterhin kann es günstig sein, an dem Unterwerkzeug und/oder dem Niederhalter zumindest ein Zusatzwerkzeug vorzusehen. Dieses kann beispielsweise zum Lochen, Stanzen oder Prägen verwendet werden.

Abhängig von der Ausgestaltung des Werkstücks sowie der vorzunehmenden Umformung kann es günstig sein, den Niederhalter und/oder das Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug einstückig miteinander auszubilden oder als separate Bauteile vorzusehen.

Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß somit der wesentliche Vorteil, dass der Niederhalter während des weiteren Arbeitsschrittes der Außenhochdruckumformung das gesamte Werkstück hält. Hierdurch wird vermieden, dass sich dieses in unerwünschter Weise verformt oder verzieht.

Das Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein, beispielsweise mittels eines Stößels. Hinsichtlich des Außenhochdruckumform-Vorganges sowie der zu verwendenden Werkzeuge kann auf den Stand der Technik verwiesen werden, da sämtliche hieraus bekannten Werkzeuge erfindungsgemäß Verwendung finden können.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einfach wirkende Werkzeuge mit einer konturierten Trennfläche zu verwenden, oder doppelt wirkende Werkzeuge mit einem zusätzlichen Stößel und einem entsprechenden Niederhalter vorzusehen.

Es versteht sich, dass erfindungsgemäß sämtliche der Werkzuge hydraulisch betätigbar sind und entsprechend angetrieben bzw. gesteuert/geregelt werden.

Im Rahmen der Erfindung ergeben sich vielfältige Abwandlungsmöglichkeiten. So ist es möglich, das Oberwerkzeug mit oder ohne Niederhalter auszuführen. Es versteht sich, dass zu dem Bereich der Vorrichtung, in welchem die Außenhochdruckumformung erfolgt, Konstruktionen möglich sind, wo beispielsweise beide Stößel in der Presse vorgesehen sind oder wo beispielsweise die Stößel alternativ mit oder ohne Blechhalter vorgesehen sein können.

Erfindungsgemäß ergibt sich somit ein ganz erheblicher Vorteil dadurch, dass die benötigte Umformpresse konstruktiv sehr einfach ausgebildet sein kann, da nur ein Bruchteil der Zuhaltekraft für die Nachbearbeitung/zusätzliche Umformung des Werkstücks erforderlich ist, verglichen mit der Gesamtherstellung des Werkstücks auf einer Presse unter Verwendung eines konventionellen Werkzeugsatzes.

Es versteht sich, dass in einer Abwandlung der erfinderischen Ausgestaltung auch vorgesehen sein kann, dass eine übliche Platine mittels des beschriebenen Werkzeugs konventionell umgeformt wird und dass nachträglich an Bereichen des Bauteils, bei denen eine konventionelle Umformung, beispielsweise durch einen Tiefzieh-Vorgang versagt, eine weitere Umformung durch ein Außenhochdruckumformverfahren oder ein ähnliches Verfahren erfolgt. Es wäre somit erfindungsgemäß auch möglich, die gesamte Verformung des Bauteils in einem einzigen Arbeitsgang, d. h. in einer einzigen Einspannung vorzunehmen. Hierbei würde das Werkzeug zunächst eine konventionelle Formgebung durchführen. Das Werkstück bliebe dann eingespannt, nachfolgend würde die Außenhochdruckumformung erfolgen. Diese Vorgehensweise ist deshalb besonders günstig, weil es nicht erforderlich ist, das Bauteil oder Bauelement zunächst konventionell fertig zu verformen und dann umzuspannen. Vielmehr könnte es nach erfolgtem Tiefzieh-Vorgang oder einem ähnlichen Umformvorgang im Werkzeug verbleiben, wobei nachfolgend die beschriebene Hydroumformung vorgenommen wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seiten-Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Seiten-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine weitere Variante, analog den Darstellungen der Fig. 1 und 2,
Fig. 4 eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 5 eine Modifikation der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltungsvariante.
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Figuren zeigen zunächst in vereinfachter Darstellung einen Pressentisch 9, auf welchen ein Unterwerkzeug 4 aufgesetzt ist. Das Unterwerkzeug 4 weist eine konturierte Arbeitsfläche 5 auf, die hinsichtlich ihrer Form passend zu einem bereits fertig ausgeformten Werkstück 1 ausgebildet ist. Im Bereich des Unterwerkzeugs 4 ist ein Außenhochdruckumform-Werkzeug 2 vorgesehen, welches mit zumindest einem Fluidkanal 10 zur Zuführung von Umformfluid versehen ist. Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Druckaufbringung durch den mit dem Bezugszeichen P versehenen Pfeil.
Im Bereich des Außenhochdruckumform-Werkzeugs 2 ist, wie schematisch dargestellt, weiterhin eine Dichtung 11 vorgesehen.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Außenhochdruckumform- Oberwerkzeug 8, welches mit einer Formausnehmung 12 versehen ist.
Auf den eigentlichen Außenhochdruckumform-Vorgang braucht an dieser Stelle nicht separat eingegangen zu werden, da dieser aus dem Stand der Technik bekannt ist, so dass auf diesen Bezug genommen werden kann.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug 8 separat von einem dieses umschließenden Niederhalter 3 ausgebildet. Der Niederhalter 3 ist mit einer konturierten Arbeitsfläche 6 versehen, welche zu der konturierten Arbeitsfläche 5 des Unterwerkzeugs 4 sowie zu der Form des Werkstücks 1 passt.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufbringung der Niederhalterkraft durch Kolben 13, die in schematischer Weise dargestellt sind. Das Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug 8 wird mittels eines Stößels 14 über einen Kolben 15 mit Druck beaufschlagt.
In Fig. 1 ist weiterhin dargestellt, dass mehrere Zusatzwerkzeuge 7 vorgesehen sein können, wie etwa Lochen, Stanzen oder Ähnliches.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Niederhalter 3 mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Niederhalterstößel 16 mit Niederhalterdruck beaufschlagt, während das Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug 8 mittels eines größer dimensionierten Stößels 17 mit Druck beaufschlagt wird.
Bei der Ausgestaltungsvariante der Fig. 3 ist der Niederhalter 3 einstückig mit dem Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug 8 ausgebildet. Beide werden mittels eines Stößels 18 mit Druck beaufschlagt.
Bei den Ausgestaltungsvarianten der Fig. 4 und 5 ist ein gemeinsamer Querholm 19 vorgesehen, welchem (siehe Fig. 4) separate Niederhalter 20 sowie ein Stößel 21 zugeordnet sind, die das Aussenhochdruckumform-Oberwerkzeug 8 mit Druck beaufschlagen. Im Bereich des Niederhaltes 3 sind Niederhalterstößel 22 vorgesehen.
Bei der Ausgestaltungsvariante der Fig. 5 wird der Niederhalter 3 mittels eines gemeinsamen Stößels 23 mit Druck beaufschlagt.
Erfindungsgemäß sind somit sämtliche Kombinationen von Pressenbauelementen denkbar, die zur Aufbringung der Schließkraft des Außenhochdruckumform-Werkzeuges sowie zur Aufbringung einer entsprechenden Niederhalterkraft geeignet sind. Sowohl das Unterwerkzeug als auch das Oberwerkzeug können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, es sind baukastenartige Ausgestaltungsvarianten denkbar, mittels derer es möglich ist, unterschiedlichste Umform- bzw. Bearbeitungsvarianten des Werkstücks zu realisieren.

Claims

1. Verfahren zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken (1) mit zumindest einem Arbeitsschritt zur im Wesentlichen Fertigumformung des Werkstücks (1) und zumindest einem weiteren Arbeitsschritt zur Nachverformung mittels eines Außenhochdruckumformvorgangs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitsschritt eine mechanische Umformung umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arbeitsschritt weitere Bearbeitungsschritte umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Arbeitsschritte ein Stanzen, Lochen oder Ähnliches umfassen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arbeitsschritt ein geregeltes oder gesteuertes Niederhalten umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) im ersten Arbeitsschritt hinsichtlich seiner Formgestaltung fertig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung zum Umformen von flächigen, metallischen Werkstücken (1) mit zumindest einem Außenhochdruckumform- Werkzeug (2) und zumindest einem diesem zugeordneten Niederhalter (3), sowie mit zumindest einem diesem zugeordneten Unterwerkzeug (4), wobei die Arbeitsfläche (5) des Unterwerkzeugs (4) und die Arbeitsfläche (6) des Niederhalters (3) zueinander passend und passend zu einem im Wesentlichen fertig umgeformten Werkstück (1) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstückiges Unterwerkzeug (4) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Unterwerkzeuge (4) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Unterwerkzeug (4) und/oder dem Niederhalter (3) zumindest ein Zusatzwerkzeug (7) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzwerkzeug (7) ein Locher, eine Stanze und/oder ein Prägewerkzeug ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (3) und ein Außenhochdruckumform-Oberwerkzeug (8) einstückig miteinander ausgebildet sind.