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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Verfahren
zum Umformen von Bauteilen werden beispielsweise im Karosseriebau,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge; Motorräder,
Fahrräder
Flugzeuge und Schiffen benötigt.
Da im Leichtmetallbau Strangpress-, Roll- oder Schalenprofile nur mit einer begrenzten
Toleranz gefertigt werden können,
ist eine Kalibrierung oft notwendig, da für diese Bauteile Toleranzen
von ca. ± 0,3
mm gefordert werden. Diese beziehen sich auf die Querschnitte und
die Formlinien der Bauteile.
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Die
Kalibrierung der Bauteile erfolgt mittels der Innenhochdruck-Umformung. Hierfür wird das Bauteil
als Halbzeug etwas unterhalb des geforderten Nennmaßes hergestellt.
Beim nachfolgenden Kalibrieren wird der Innenbereich des Bauteils,
welches in eine Werkzeugform eingesetzt wird, mit Druck beaufschlagt.
Unter diesem hohen Druck fließt
das Material und passt sich der vorgegebenen Gravur des Werkzeugs
an. Hierdurch erreicht man eine ausreichende Toleranz der geforderten
Abmessungen. Dieses Verfahren wird auch bei Mehrkammerprofilen angewendet.
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Nachteilig
bei der kostenintensiven Innenhochdruck-Umformung sind die hohen
Investitionen für
die Presse und das Werkzeug. Aufgrund der hohen Taktzeiten dieses
Fertigungsprozesses bedingt durch die erforderliche Füllzeit des
Bauteilvolumens, die Pressenkinematik, die Druckaufbau- und die Entlastungszeiten
ist dieses Verfahren auch sehr zeitintensiv.
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Die
DE 40 16 440 A1 offenbart
ein Verfahren zur Vibrationsumformung für Profile und Bleche oder dergleichen.
Mit diesem Verfahren können
Profile stufenförmig
verbogen werden. Das heißt
an den Profilen bzw. Blechen wird eine Versetzung bzw. eine Parallel-Biegung
angebracht. Hierfür
werden diesseits und jenseits vom umzuformenden Profilquerschnitt,
an dem die Versetzung angebracht werden soll, Profilspannköpfe formschlüssig auf
das Profil aufgelegt, angepresst und in Vibration gebracht, wobei
zwischen den Profilspannköpfen
eine Gleitführungsbacke
ausgeformt ist, die gleichfalls vibriert.
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Nachteilig
bei diesem sehr aufwendigen Verfahren ist es, dass zumindest zwei
Spannköpfe
und eine Gleitführungsbacke
in Vibration gebracht werden müssen,
um einen bestimmten Abschnitt eines Bauteils stufenförmig zu
verformen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen aufzuzeigen,
das eine kostengünstige
lokale Querschnittsänderung
bzw. Kalibrierungen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass eine Vibrationsumformung
verwendet wird, bei der ein Dorn in das Bauteil eingeführt wird,
wobei sich das Bauteil in einem Werkzeug befindet, das eine Gravur
aufweist, an der das Bauteil ausgeformt wird. Die Umformung wird
dadurch erzielt, dass beim Eindringen des Dorns in das Bauteil entweder
der Dorn oder das Werkzeug oder der Dorn und das Werkzeug vibriert,
wodurch das Bauteil an der Gravur des Werkzeugs ausgeformt wird.
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Die
Vorteile bei diesem Verfahren sind die Schnelligkeit des Umformungsprozesses,
die geringen Werkzeugkosten gegenüber den herkömmlichen Verfahren,
die Robustheit und die Unempfindlichkeit gegenüber Chargenschwankungen des
Strangpressprofils bezüglich
Querschnitt und Wanddicke. Ferner werden durch die Frequenzanregung
die Verfahrensgrenzen des mechanischen Kalibrierens erweitert.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen bestehen darin, dass wenn
nur der Dorn in Vibration versetzt wird, ein besonders einfacher
und effektiver Aufbau benötigt
wird, insbesondere dann, wenn der Dorn kardanisch gelagert ist.
Ist ferner das Werkzeug, in dem sich das Bauteil befindet auf einem
beweglichen Schlitten gelagert, kann der Dorn besonders einfach
und exakt in das im Werkzeug befindlichen Bauteil eingeführt bzw.
das Werkzeug in der gewünschten
Position gehalten werden.
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Die
Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen,
die in sieben Figuren dargestellt sind, näher erläutert werden. Es zeigen:
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1:
Vorrichtung für
ein Vibrationsverfahren während
der Umformung in einer Schnittdarstellung
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2:
Mit einem Vibrationsverfahren bearbeitetes Strangpressprofil
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3:
Querschnitt vor der Vibrationsumwandlung
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4:
Querschnitt nach der Vibrationsumwandlung
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5:
Vorrichtung für
ein Vibrationsverfahren vor der Umformung mit einem kardanisch gelagerten
Dorn.
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6:
Im Werkzeug befindliches Bauteil zu Beginn der Vibrationsumformung.
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7:
Im Werkzeug befindliches Bauteil am Ende der Vibrationsumformung.
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1 zeigt
eine Vorrichtung für
ein Vibrationsverfahren während
der Umformung im Querschnitt. Das Bauteil 8 befindet sich
im Werkzeug 22. Das Werkzeug 22 besteht aus einem
Werkzeugoberteil 4 und einem Werkzeugunterteil 5.
Das Werkzeug ist auf einem beweglichen Werkzeugschlitten 7 montiert,
der auf einem Werkzeugtisch 14 angebracht ist. An mindestens
einer Seite des Werkzeugs befindet sich eine Öffnung 20, in die
ein Dorn 9 eindringen kann. Der Werkzeugschlitten ist an
einem Kolben 6 befestigt, der hydraulisch betätigt wird.
Der Kolben 6 ist mit einem Hydraulikölbehälter 1 verbunden und wird über eine
Pumpe 3 mit dem Hydrauliköl befüllt bzw. entleert. Die Pumpe
wiederum wird von einem Elektromotor 2 angetrieben. Beim
Befüllen
des Kolbens 6 wird der Schlitten 7 in Richtung
des Dorns 9 bewegt und gegebenenfalls gehalten.
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Der
Dorn 9 ist kardanisch gelagert. Die kardanische Lagerung 11 weist
einen Ring auf. Im Innern des Rings verläuft eine vertikal angeordnete Führungsschiene,
wodurch der Ring mit dem Dorn entlang der Führung auf und ab verschoben
werden kann. Die Führungsschiene
ist fest über
eine starre Befestigung 12 mit dem Werkzeugtisch 14 verbunden.
Zwischen dem Ring und der Führungsschiene ist
genug Zwischenraum, so dass sich der Dorn aus einer horizontalen
Position nach unten bzw. nach oben abknicken lässt und seitlich verdrehen
lässt.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Dorn 9 in Vibration versetzt. Bei dieser Vibration
wird der kardanisch gelagerte Dorn mit einer Frequenz von 70 Hz
hin- und herbewegt. Diese Frequenzanregung ist durch den Doppelpfeil 13 dargestellt.
Diese Vibration wird mit Hilfe eines Frequenzgenerators 18 erzeugt.
Der kardanisch gelagerte und mit einer Frequenz von ca. 70 Hz angeregte
Dorn wird in das vom Werkzeug umschlossene Profil eingefädelt. Anschließend verfährt das
auf einem Werkzeugschlitten gelagerte Werkzeug weiter in Richtung
Dorn. Der Aufweit- bzw. Kalibrierungsprozess dauert ca. 3 sec. Die
durch die Vibration entstehenden. Stöße im Endbereich 21 des Bauteils 8 bewirken
eine mechanische Umformung des Bauteils in diesem Bereich. Hierbei
wird das Bauteil an der Gravur 15 am Werkzeugoberteil 4 bzw. -unterteil
ausgeformt. Diese Art der lokalen Kalibrierung bzw. Aufweitung des
Strangpressprofils ist sehr robust. Gleichfalls spielen Chargenschwankungen des
Strangpressprofils bezüglich
Querschnitt und Wanddicke keine große Rolle. Durch die Frequenzanregung
werden zudem die Verfahrensgrenzen des mechanischen Kalibrierens
erweitert. Gleichfalls können
Mithilfe eines solchen Verfahrens nicht nur Einkammerprofile sondern
auch Mehrkammerprofile umgeformt werden.
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2 zeigt
ein mit einem Vibrationsverfahren bearbeitetes Bauteil 8 in
Form eines Strangpressprofils. Hierbei ist der durch das oben beschriebene Vibrationsumformungsverfahren
bearbeitet Endbereich 21 des Profils aufgeweitet und kalibriert.
Dadurch wird eine exakte Passgenauigkeit beispielsweise beim Zusammenbau
mit anderen Komponenten erzielt. Das Strangpressprofil wird hier
nur lokal an den Stellen bearbeitet, bei denen eine Umformung, Aufweitung
oder Kalibrierung notwendig ist. Die anderen Stellen bleiben in
ihrem ursprünglichen Zustand.
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3 zeigt
den Querschnitt im Endbereich vor der Vibrationsumformung. Hier
weist die Oberfläche
teilweise einen wellenförmigen
Verlauf auf, der geglättet
werden soll.
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4 zeigt
den Querschnitt im Endbereich nach der Vibrationsumformung. Hier
sind die aus 3 dargestellten Wellen im Endbereich
geglättet. Das
Baiteil ist sowohl im Endbereich geweitet als auch kalibriert.
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5 zeigt
die perspektivische Darstellung einer Vorrichtung für ein Vibrationsumformungs-Verfahren
nach 1. Das Bauteil 8 befindet sich im Werkzeug 22.
Das Werkzeug 22 besteht aus einem Werkzeugoberteil 4 und
einem Werkzeugunterteil 5. Das Werkzeug ist auf einem beweglichen
Werkzeugschlitten 7 montiert, der auf einem Werkzeugtisch 14 angebracht
ist. An mindestens einer Seite des Werkzeugs befindet sich eine Öffnung 20,
in die ein Dorn 9 eindringen kann. Der Werkzeugschlitten
ist an einem Kolben 6 befestigt, der hydraulisch betätigt wird. Beim
Befüllen
des Kolbens 6 wird der Schlitten 7 in Richtung
des Dorns 9 bewegt und gegebenenfalls gehalten.
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Der
Dorn 9 ist kardanisch gelagert. Die kardanische Lagerung 11 des
Dorns 9 besteht unter anderem aus einem Ring 23.
Im Innern des Rings 23 verläuft eine vertikal angeordnete
Führungsschiene 24,
wodurch der Ring 23 mit dem Dorn 9 entlang der Führung 24 auf
und ab verschoben werden kann. Die Führungsschiene 24 ist
mit einer starren Befestigung 12 verbunden. Zwischen dem
Ring 23 und der Führungsschiene 24 ist
genug Zwischenraum, so dass sich der Dorn aus einer horizontalen
Position nach unten bzw. nach oben abknicken lässt und seitlich verdrehen
lässt.
Im Gegensatz zur 1 ist der Dorn 9 noch
nicht in das Bauteil 8 eingedrungen. Für die Vibrationsumformung wird
später
der Dorn in Vibration gebracht und in die Werkzeugöffnung 20 eingeführt. Anschließend fährt der
Werkzeugschlitten 7 bis zum Anschlag weiter in Richtung
des vibrierenden Dorns 9. Dieser Aufweit- bzw. Kalibrierungsprozess dauert
ca. 3 sec. Die durch die Vibration entstehenden Stöße in der Öffnung im
Bauteil 8 bewirken eine mechanische Umformung des Bauteils
in diesem Bereich. Hierbei wird das Bauteil an der Gravur 15 am Werkzeugoberteil
ausgeformt. Diese Art der lokalen Kalibrierung bzw. Aufweitung des
Strangpressprofils ist sehr robust. Gleichfalls spielen Chargenschwankungen
des Strangpressprofils bezüglich
Querschnitt und Wanddicke keine große Rolle. Durch die Frequenzanregung
werden zudem die Verfahrensgrenzen des mechanischen Kalibrierens
erweitert. Gleichfalls können
Mithilfe eines solchen Verfahrens nicht nur Einkammerprofile sondern
auch Mehrkammerprofile umgeformt werden.
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6 zeigt
das im Werkzeug befindliche Bauteil im Bereich der Werkzeugöffnung zu
Beginn der Vibrationsumformung. Der Endbereich 21 des Bauteils 8 ist
noch nicht an der Gravur 15 des Werkzeugs 22 ausgeformt.
Durch den vibrierenden Dorn 9 jedoch wird der Endbereich 21 des
Bauteils 8 solange bearbeitet, bis er an der Gravur des
Werkzeugs anliegt, wie dann in 7 dargestellt.
Die Wirkung des vibrierenden Dorns 9 ist dann ähnlich eines
Hammers oder einer Presse, der bzw. die das Bauteil solange verformt
bis es an der als Anschlag dienenden Gravur 15 anliegt,
wie in 7 dargestellt.
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7 zeigt
das im Werkzeug 22 befindliche Bauteil 8 im Bereich
der Werkzeugöffnung 20 am Ende
der Vibrationsumformung. Nach der Ausformung kann der Dorn 9 aus
dem Werkzeug 22 ausgeführt
und das Bauteil 8 entnommen werden.
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Für das beschriebene
Verfahren spielt es keine Rolle, ob aus einer wellenförmigen Oberfläche eine
ebene Oberfläche,
wie im Ausführungsbeispiel beschrieben,
erzeugt wird oder ob aus einer ebenen Oberfläche eine wellenförmige Oberfläche entsteht oder
ob die Oberfläche
beim Kalibrieren eben oder wellenförmig bleibt. Gleichfalls spielt
es keine Rolle, ob der Dorn oder das Werkzeug oder beides in Vibration
versetzt wird. Alternativ zur Bewegung des Werkzeugschlittens in
Richtung Dorn, könnte
auch der Dorn allein oder aber auch Dorn und Werkzeugschlitten gleichzeitig
in Bewegung gesetzt werden, so dass Dorn und Bauteil sich aufeinander
zu bewegen.
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Bei
bestimmten Bauteilformen kann auch das Werkzeug einstückig ausgebildet
sein.
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Dieses
Umformungsverfahren eignet sich besonders zur lokalen Umformung
von Bauteilen. Jedoch können
hiermit auch die gesamten Bauteilbereiche oder mehrere Teilbereiche
gleichzeitig oder hintereinander umgeformt werden. Hierfür können auch mehrere
dornartige Vorrichtungen an verschiedenen Stellen auf das Bauteil
einwirken.