DE10153600A1

DE10153600A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen

Info

Publication number: DE10153600A1
Application number: DE2001153600
Authority: DE
Inventors: Klaus Siegert; Matthias Aust
Original assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Current assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2021-11-03
Also published as: DE10153600B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen, bei dem ein Blech (B) zwischen einem Niederhalter (N) und einem unteren Ziehring (Z) eingelegt ist, wobei sich eine Flüssigkeitsabdichtung zwischen Blech (B) und unterem Ziehring (UZ) befindet und nach einem Tiefungsvorgang die Bauteilausformung mittels eines Ziehstempels (S) gegen einen hydraulischen Druck im Gegendruckbehälter erfolgt. Erfindungsgemäß wird das Blech (B) mittels eines hydrostatischen Mediums (Hydraulikmedium) in Ziehrichtung vorgeformt, wobei ein erster Druckraum (DR1) durch Anordnung von Flüssigkeitsabdichtungen zwischen Blech (B) und Niederhalter (N) sowie Niederhalter (N) und Ziehstempel (S) aufgebaut wird, und in einem anschließenden hydromechanischen Tiefziehprozess das Bauteil mittels des Ziehstempels (S) seine Endform erhält. DOLLAR A Die hierzu einzusetzende Vorrichtung weist erfindungsgemäß in dem durch Ziehstempel (S), Niederhalter (N) und Blech (B) begrenzten Zwischenraum eine erste Druckmittelzuführung (Bo1) zur Zuführung des hydrostatischen Mediums auf, so dass der Zwischenraum als ein erster Druckraum (DR1) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen nach dem Oberbegriff des ersten und siebten Patentanspruches. Sie findet vorzugsweise in der Fertigung großflächiger Blechformteile mit hoher Formstabilität für kleine und mittlere Stückzahlen Anwendung.
Beim hydromechanischen Tiefziehen (DE 12 40 801) ist ein Blech zwischen Niederhalter und unterem Ziehring eingelegt wobei sich eine Flüssigkeitsabdichtung zwischen Blech und unterem Ziehring befindet. Die Bauteilausformung erfolgt mittels eines Formstempels, dem Ziehstempel, gegen einen hydraulischen Druck im Gegendruckbehälter, wobei das durch die Vorschubbewegung des Formstempels komprimierte Medium über ein Abströmventil im Gegendruckbehälter abfließen kann. Die mittels hydromechanischen Tiefziehens gefertigten Bauteile zeigen im Mittenbereich des Bauteils häufig zu geringe Kaltverfestigung, womit besonders großflächige Blechformteile eine geringe Formstabilität aufweisen. Zur Erhöhung der Formstabilität ist bekannt, eine hydraulische Vorformung entgegen der Ziehrichtung durchzuführen. Hierbei wird das Blech zwischen Niederhalter und unterem Ziehring geklemmt und der Druck im Gegendruckbehälter durch einen externen Druckerzeuger erhöht, wodurch das Blech entgegen der Ziehrichtung hydraulisch getieft wird. Danach wird es bei Abwärtsfahren des Stempels zunächst von oben nach unten gestülpt, wodurch im Bauteil Knitterfalten entstehen können. Die anschließende Endformung erfolgt durch hydromechanisches Tiefziehen. Aus DE 199 52 105 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels Druckgas die Platine in Ziehrichtung vorgeformt wird, womit die Nachteile des Stülpens eliminiert werden. Hierbei wird die Platine zu Verfahrensbeginn zwischen Niederhalter und unterem Ziehring geklemmt und in Richtung Gegendruckbehälter pneumatisch mit Druck beaufschlagt. Hierdurch bildet sich eine Kalotte in Richtung Gegendruckbehälter aus, wodurch eine Verfestigung der Platine in den Mittenbereichen erzielt wird und eine erhöhte Formstabilität des Bauteils resultiert. Die Endformung erfolgt mittels einer Vorschubbewegung des Ziehstempels in Vorformrichtung. Nachteilig ist bei dem obigen Verfahren die pneumatische Vorformung der Platine, da durch die Kompressibilität des Einsatzgases sich nur sehr schwer eine definierte Blechdickenausdünnung und somit eine definierte Kaltverfestigung im Mittenbereich des Bauteils erzielen lassen. Des Weiteren erfordert das Verfahren durch den Einsatz von verschieden Medien zur Vor- und Endformung einen hohen apparativen Aufwand sowie teuren Gasverbrauch. Auch sind aus sicherheitstechnischen Gründen hohe Gasdrücke als sehr kritisch anzusehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen zu entwickeln, bei welchen durch hydraulisches Vorformen des Bleches in Ziehrichtung eine definierte Ausdünnung und Kaltverfestigung im Mittenbereich erzielt wird und bei welchen keine externen Druckaggregate erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Blech mittels eines hydrostatischen Mediums in Ziehrichtung zunächst hydraulisch getieft wird. Durch die Anordnung von Flüssigkeitsabdichtungen zwischen Blech und Niederhalter sowie Niederhalter und Ziehstempel wird ein erster Druckraum aufgebaut. In einem anschließenden hydromechanischen Tiefziehprozess erhält das Bauteil mittels des Ziehstempels seine Endform.
Durch die geringe Kompressibilität des hydrostatischen Mediums und für Fluide erhältliche Ventiltechniken lässt sich die Ausformtiefe der sich bei Druckbeaufschlagung ausbildenden Kalotte als Funktion des Flüssigkeitsvolumens bzw. des Stempelweges steuern, wodurch eine definierte Blechdickenreduktion sowie eine definierte Vorfestigung im Mittenbereich des Bauteils möglich ist. Der Druck im ersten Druckraum kann dabei mittels eines Abströmventils gesteuert werden. Durch den Einsatz des selben hydrostatischen Mediums zur Vor- und Endformung entfällt die Notwendigkeit zum Aufbau zweier unabhängiger Druckkreisläufe. Hierdurch ist es möglich, das Druckmedium aus dem Vorformprozess direkt zur Füllung des Gegendruckbehälters, dessen Druck während der Bauteilvorformung nahezu oder genau dem Umgebungsdruck entspricht, für die nachfolgende Endformung zu verwenden. Hierdurch kann die Taktzeit des Verfahrens gesenkt werden. Zu Beginn der Bauteilendformung entspricht der zur Bauteilvorformung aufgebaute Druck nahezu oder vollständig dem Umgebungsdruck. Nach dem hydraulischen Tiefen erfolgt dann das an sich bekannte hydromechanische Tiefziehen.
Eine Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen von Metallblechen, besteht aus Ziehstempel, unterem Ziehring, Gegendruckbehälter, Abströmventil und einem Niederhalter, wobei in dem durch Ziehstempel, Niederhalter und Blech begrenzten Zwischenraum mindestens eine Bohrung zur Zuführung des hydrostatischen Mediums reicht. Der Druck für den Vorformprozess wird durch Kompression bei Vordringen des Stempels aufgebaut. Die Zuführung des flüssigen Druckmediums kann in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie über den Stempel oder den durch den Niederhalter erfolgen. Erfolgt die Druckzufuhr durch den Niederhalter, so weist dieser mindestens eine erste Bohrung zur Zufuhr des hydrostatischen Druckmediums auf. Um eine definierte Druckerhöhung innerhalb des durch Stempel, Niederhalter und Blech begrenzten Zwischenraum gegenüber der Umgebung zu erzielen befindet sich eine oder mehrere umlaufende Flüssigkeitsabdichtungen zwischen Stempel und Niederhalter sowie zwischen Blech und Niederhalter, wobei der als Druckraum ausgeführte Zwischenraum mindestens eine verschließbare Entlüftungsöffnung aufweisen kann, wodurch eine vollständige Füllung des Druckraums durch das hydrostatische Medium sichergestellt wird. Um eine definierte Blechdickenreduktion und somit eine definierte Kaltverfestigung im Mittenbereich des Bauteils zu erzielen, ist der hydrostatische Druck innerhalb des Druckraums steuer- oder regelbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen in Ausgangslage,
Fig. 1b Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen während der Stempelbewegung
Fig. 1c Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen nach dem Vorformen des Bleches,
Fig. 1d Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen nach dem Endformen des Bleches,
Fig. 1a zeigt eine Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen bestehend aus Ziehstempel S, Niederhalter N, unterer Ziehring UZ und dem Gegendruckbehälter G. Zwischen Gegendruckbehälter G und unterer Ziehring UZ, sowie zwischen unterer Ziehring UZ und Blech B befinden sich eine erste und eine zweite Flüssigkeitsabdichtung D1 bzw. D2. Im Gegendruckbehälter G ist ein zweiter Druckraum DR2 ausgebildet. Eine dritte Flüssigkeitsabdichtung D3 befindet sich zwischen Niederhalter N und Blech B, eine vierte Flüssigkeitsdichtung D4 zwischen Stempel S und Niederhalter N. Des Weiteren weist der Niederhalter N eine erste als Bohrung ausgebildete Druckmittelzuführung Bo1 für die Zuleitung des hydrostatischen Mediums und eine Entlüftungsbohrung E1 auf. Eine weitere als Druckmittelzuführung ausgebildete Bohrung Bo2 befindet sich im Gegendruckbehälter G. Fig. 1b zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1a während der Bewegung des Ziehstempels S in Richtung des Bleches während des hydraulischen Vorformens. In Fig. 1c wurde der Niederhalter N bis auf das Blech abgesenkt und der Zwischenraum zwischen Niederhalter N, Blech B und Stempel S mit nicht dargestelltem hydrostatischen Medium gefüllt, so dass ein erster Druckraum DR1 entstanden ist. Der Stempel S hat mit seiner Vorschubbewegung begonnen, wodurch das Blech in Richtung der Stempelbewegung vorgeformt wird. Der erste Druckraum DR1 wurde bis auf den noch zwischen Stempel S und Niederhalter N vorhandenen Spalt geschlossen. Fig. 1d zeigt die Vorrichtung während der Endformung. Der Stempel S liegt vollständig am Blech B an.
Die Wirkungsweise ist die Folgende:
Um das Blech B hydraulisch vorzuformen, wird das Blech B gem. Fig. 1a in die geöffnete Vorrichtung eingelegt, der Niederhalter N der Vorrichtung gemäß Fig. 1b geschlossen und mit einer Kraft F_N beaufschlagt, die so hoch ist, dass das Blech B zwischen unterem Ziehring UZ und Niederhalter N geklemmt wird. Hiernach wird der durch Ziehstempel S. Niederhalter N und Blech B begrenzte erste Druckraum DR1 über die Bohrung Bo1 mit hydrostatischem Medium gefüllt, wobei die Entlüftungsöffnung El bis zur vollständigen Füllung des ersten Druckraums DR1 geöffnet bleibt. Hiernach erfolgt die Druckbeaufschlagung des Bleches B, welches mittels eines externen Hydraulikaggregats oder vorzugsweise mittels einer definierten Vorschubbewegung des Ziehstempels S erfolgen kann, wobei die Abdichtung des ersten Druckraumes DR1 gegenüber der Umgebung mittels der Flüssigkeitsabdichtungen D3 und D4 gewährleistet ist. Nach Beendigung der Vorformung wird der erste Druckraum DR1 drucklos geschaltet, wodurch mittels einer Vorschubbewegung des Ziehstempels S das hydrostatische Medium entweder über die erste Druckmittelzuführung Bo1 oder über eine andere Bohrung verdrängt wird und in den zweiten, im Gegendruckbehälter G befindlichen, Druckraum DR2 umgeleitet werden kann. Tritt der Ziehstempel S mit dem Blech B in Kontakt, beginnt, gemäß Fig. 1c, die Bauteilendformung. Hierbei wird die Niederhalterkraft F_N soweit reduziert, dass ein Nachfließen des Bleches B gewährleistet ist. Die Abdichtung des Gegendruckbehälters G gegenüber der Umgebung erfolgt bekannter Weise mittels der Flüssigkeitsabdichtungen D1 und D2, wobei das durch die Vorschubbewegung des Ziehstempels S komprimierte hydrostatische Medium über ein an der Bohrung Bo2 befindliches, nicht näher dargestelltes Abströmventil durchgesteuert wird.

Claims

1. Verfahren zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen, bei dem ein Blech (B) zwischen einem Niederhalter (N) und einem unteren Ziehring (Z) eingelegt ist, wobei sich eine Flüssigkeitsabdichtung zwischen Blech (B) und unterem Ziehring (UZ) befindet und nach einem Tiefungsvorgang die Bauteilausformung mittels eines Ziehstempels (S) gegen einen hydraulischen Druck im Gegendruckbehälter erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (B) mittels eines hydrostatischen Mediums (Hydraulikmedium) in Ziehrichtung vorgeformt wird, wobei ein erster Druckraum (DR1) durch Anordnung von Flüssigkeitsabdichtungen zwischen Blech (B) und Niederhalter (N) sowie Niederhalter (N) und Ziehstempel (S) aufgebaut wird, und in einem anschließenden hydromechanischen Tiefziehprozess das Bauteil mittels des Ziehstempels (S) seine Endform erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (B) während des Vorformens durch das hydrostatische Medium eine Ausdünnung und/oder Vorverfestigung und dadurch eine definierte Vorverfestigung erfährt, wobei der Druck in dem ersten Druckraum (DR1) über den Stempelweg mittels eines Abströmventils gesteuert werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteilvorformung und Bauteilendformung mit dem selben hydromechanischen Druckmedium erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kontakt des Ziehstempels (5) mit dem Blech (B) bei Beginn der Bauteilendformung der zur Bauteilvorformung aufgebaute Druck gezielt über den weiteren Umformweg auf Umgebungsdruck abgebaut wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Gegendruckbehälter (G) während der Bauteilvorformung nahezu oder genau dem Umgebungsdruck entspricht.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umformung vorzugsweise von Magnesium- und Edelstahl-Blechen das hydromechanische Medium eine Temperatur zwischen 200 und 300°C aufweist.

7. Vorrichtung zum Tiefen mit nachfolgendem hydromechanischen Tiefziehen von Blechen (B), bestehend aus Ziehstempel (S), unterem Ziehring (UZ), Gegendruckbehälter (G), zweiter Druckmittelzuführung (Bo2) zum Gegendruckbehälter (G) und Niederhalter (N) und mit einem zweiten Druckraum (DR2) im Gegendruckbehälter (G), dadurch gekennzeichnet, dass in dem durch Ziehstempel (S), Niederhalter (N) und Blech (B) begrenzten Zwischenraum eine erste Druckmittelzuführung (Bo1) zur Zuführung des hydrostatischen Mediums reicht, so dass der Zwischenraum als ein erster Druckraum (DR1) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckmittelzuführung (Bo1) durch den Niederhalter reicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Ziehstempel (S) und Niederhalter (N) mindestens eine umlaufende Flüssigkeitsabdichtung (D4) befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Blech (B) und Niederhalter (N) mindestens eine umlaufende Flüssigkeitsabdichtung (D3) befindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrostatische Druck zwischen Ziehstempel (S), Niederhalter (N) und Blech (B) steuerbar oder regelbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (DR1) mindestens eine Entlüftungsöffnung (E1) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsöffnung (E1) verschließbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Medium mit einer Temperatur zwischen 200 und 300°C vorgeheizt ist und hierfür der Gegendruckbehälter (G) heizbar ausgeführt sein kann.