DE102004054120A1

DE102004054120A1 - Verfahren zum Umformen einer großflächigen Blechplatine zu einem Formteil, wie einem Außenhautteil einer Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102004054120A1
Application number: DE102004054120A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Möller; Stefan Dipl.-Ing. Schwarz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: CA2584051A1; WO2006048302A1; US7802458B2; JP2008518788A; US20080202184A1; DE102004054120B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen einer großflächigen Blechplatine zu einem Formteil, wie einem Außenhautteil einer Kraftfahrzeugkarosserie unter Verwendung eines Formwerkzeuges (1, 9), das einen mit einem inkompressiblen Druckmedium gefüllten Kasten (1), Klemmbacken (5, 6) zum dichten Einspannen der Blechplatine in deren äußerem Randbereich am Rand des Kastens und einen in Richtung des Kastens (1) verstellbaren Pressenstempel aufweist. Im Innern des Kastens (1) und am Außenrand des Pressenstempels sind einander korrespondierende Profilierungselemente (3, 10) ausgebildet. Das Außenhochdruckumformen mittels des gegen den hohen Druck des Druckmediums (2) vorbewegten Pressenstempels wird beendet, wenn der Pressenstempel (9) die Profilierungselemente (3) im Kasten erreicht hat, indem der Druck des Druckmediums im Kasten (1) abgebaut wird. Dann erfolgt die Umformung der Randbereiche (7, 10) der Blechplatine zwischen den gegeneinandergepressten Profilierungselementen (3, 10) des Pressenstempels und des Kastens bei geringem Druck des Druckmediums oder drucklos. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass der mittlere Bereich, dessen stempelabgewandte Seite bei einem Karosseriebauteil die Sichtseite bildet, äußerst schonend behandelt wird, und die daran angrenzenden Randbereiche stark verformt werden können, ohne dass es zu Rissen kommt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen einer großflächigen Blechplatine zu einem Formteil, wie einem Außenhautteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, das einen durch Außenhochdruckumformen vergleichsweise mäßig umgeformten Mittelteil und einen durch Pressen vergleichsweise stark umgeformten Randbereich aufweist, unter Verwendung eines Formwerkzeuges, das einen mit einem inkompressiblen Druckmedium gefüllten Kasten mit darin für den Randbereich der Blechplatine angeordneten Profilierungselementen, Klemmbacken zum dichten Einspannen der Blechplatine in deren Randbereich am Rand des Kastens und einen in Richtung des Kastens verstellbaren Pressenstempel aufweist, an dessen Außenrand zu den Profilierungselementen des Kastens korrespondierende Profilierungselemente ausgebildet sind.

Bei einem solchen Umformverfahren wird die Außenseite der Platine im Bereich des umzuformenden Mittelteils äußerst schonend behandelt, weil diese die Sichtseite bildende Außenseite nur von dem inkompressiblen Druckmedium beaufschlagt wird. Dies ist für die Optik einer Kraftfahrzeugkarosserie besonders wichtig. Die gewünschte präzise Form erhält das Formteil durch den die Blechplatine unmittelbar an deren nicht sichtbarer Rückseite angreifenden Pressenstempel. Um bei einer großflächigen Blechplatine mit schwacher Krümmung in deren Mittelteil eine höhere Beulfestigkeit und Beulsteifigkeit bei geringer Beanspruchung im Randbereich zu erhalten, ist es auch bekannt, die Platine vor dem eigentlichen Außenhochdruckumformen aktiv vorzuwölben, insbesondere entgegen der späteren Ziehrichtung beim Außenhochdruckumformen. Durch die damit einhergehende Ausstreckung des Materials im Mittelteil lassen sich höhere Dehnungen und ein günstigerer Spannungszustand erreichen. Während im Bereich des Mittelteils der Blechplatine die Umformung unproblematisch ist, ist sie im Bereich des Außenrandes wegen der hier stattfindenden Umformung vergleichsweise groß. Deshalb ist es üblich, die hier erforderlichen großen Umformgrade durch Pressen zwischen Profilierungselementen zu erzielen. Solange man Blechplatinen aus einem gut tiefziehfähigen Material einsetzt, lässt sich das Verfahren problemlos durchführen. Der Trend bei Karosserien geht aber in Richtung hochfester Stähle (Dualphasenstähle), um das Crashverhalten von Karosserien zu verbessern. Blechplatinen aus einem hochfesten Stahl lassen sich mit dem beschriebenen Verfahren nicht problemlos umformen. Erfahrungen haben gezeigt, dass die Blechplatine in den Randbereichen, wo die Formgebung durch Pressen zwischen den Profilierungselementen des Kastens und den korrespondierenden Profilierungselementen des Stempels erfolgt, einreißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch den Einsatz von hochfesten Stählen für Blechplatinen ermöglicht, die zu Formteilen, wie Außenhautteile einer Kraftfahrzeugkarosserie, umgeformt werden sollen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Außenhochdruckumformen mittels des gegen den hohen Druck des Druckmediums vorbewegten Pressstempels beendet wird, wenn der Pressenstempel die Profilierungselemente im Kasten erreicht, indem der Druck des Druckmediums im Kasten abgebaut wird, und dass dann die Umformung der Randbereiche der Blechplatine zwischen den gegeneinander gepressten Profilierungselementen des Pressenstempels und des Kastens bei geringem Druck des Druckmediums oder drucklos erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere dann, wenn keine großen Stückzahlen verlangt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Blechplatinen aus hochfesten Stählen problemlos umformen, weil dem Ziehen beim Außenhochdruckumformen des Mittelteils mit den Randbereichen nicht auch noch das Pressen der Randbereiche zwischen den Profilierungselementen überlagert wird, sondern das Ziehen praktisch beendet wird, bevor das Pressen der Randbereiche erfolgt.

Bei der Umformung der Randbereiche der Platine zwischen den gegeneinandergepressten Profilierungselementen wird vorzugsweise die Einspannung der Randbereiche der Blechplatine gelöst wird, so dass Material in Richtung der Profilierungselemente nachfließen kann.

Als vorteilhaft für das Außenhochdruckumformen hat sich erwiesen, wenn das Material vorgereckt wird. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die eingespannte Blechplatine vor dem Außenhochdruckumformen durch das Druckmedium entgegengesetzt zur Richtung der Bewegung des Pressenstempels beim Außenhochdruckumformen vorgereckt werden. Allerdings kann das Recken auch in Ziehrichtung erfolgen.

Zum Zwecke der präziseren Profilierung der Randbereiche beim Pressen durch die Profilierungselemente sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Profilierungselemente des Kastens gesteuert werden.

Die Bewegung des Pressenstempels beim Außenhochdruckumformen und/oder beim Pressen der Randbereiche kann kraft-, weg- oder eschwindigkeitsabhängig gesteuert bzw. geregelt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer verschiedene Phasen bei der Umformung schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Das in der Zeichnung dargestellte Formwerkzeug weist einen schalenförmigen Kasten 1 auf, der bis zu seinem oberen Rand mit Wasser 2 als inkompressibles Medium gefüllt ist. Auf dem Boden des Kastens 1 sind Profilierungselemente 3, 4 angeordnet, die starr angeordnet sein können oder aber auch steuerbar sein können. Der obere Rand des Kastens 1 ist als Klemmbacke 5 ausgebildet. Dieser Klemmbacke 5 ist eine bewegliche Klemmbacke 6 zugeordnet. Auf der Klemmbacke 5 und auf dem Spiegel des Druckmediums 2 liegt eine ebene Blechplatine 7 auf. Der äußere Randbereich 8 der Blechplatine 7 ist zwischen den Klemmbacken 5, 6 dicht eingespannt, so dass das Druckmedium 2 aus dem Kasten 1 nicht entweichen kann. Wie 1 zeigt, ist der Innendruck des Wassers Pi = 0.
Um die ebene Blechplatine 7 vorzurecken, kann das Druckmedium 2 druckbeaufschlagt werden. In 2 ist dargestellt, dass sich bei Druckbeaufschlagung Pi > 0 die Blechplatine 7 nach oben wölbt.
Das Formwerkzeug weist einen Pressenstempel 9 auf, an dem Profilierungselemente 10 ausgebildet sind. Für das Außenhochdruckumformen wird der Stempel 9 in Richtung der Platine 7 bewegt. Der Druck Pi des Druckmediums 2 im Kasten kann dann einer vorgegebenen Kurve entsprechend gesteuert werden. Der Gegendruck Pi muss in jedem Fall so groß sein, dass die Blechplatine 7 zumindest im mittleren Bereich 7a fest an den Pressenstempel 7 gedrückt wird. Sobald der Pressenstempel 7 die Profilierungselemente 3, 4 erreicht hat, wird der Druck Pi abgebaut, gegebenenfalls sogar auf Null reduziert. In 3 ist diese Phase dargestellt.
Im Anschluss an diese Phase des Außenhochdruckumformens/hydromechanischen Tiefziehens, in der es im wesentlichen um die Umformung des Mittelteils 7a der Partien geht und diese bis zu dieser Phase abgeschlossen ist, schließt sich die Profilierungsphase des an den mittleren Bereich 7a unmittelbar angrenzenden Randbereichs 7b an. Dafür wird zum Ersten die Einspannkraft der Klemmbacken 5, 6 reduziert. Bei der dann weiteren Vorbewegung des Pressenstempels 9 wird der Randbereich 7b profiliert, indem er zwischen die Profilierungselemente 3 des Kastens 1 und 10 des Pressenstempels 9 gepresst wird. Diese Phase ist in 4 dargestellt.
Nach Entnahme des aus der Blechplatine entstandenen Formteils wird es durch Beschneiden des der Einspannung dienenden Randbereichs 8 fertiggestellt.

Claims

Verfahren zum Umformen einer großflächigen Blechplatine (7) zu einem Formteil wie einem Außenhauttteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, das einen durch Außenhochdruckumformen vergleichsweise mäßig umgeformten Mittelteil (7a) und einen durch Pressen vergleichsweise stark umgeformten Randbereich (7b) aufweist, unter Verwendung eines Formwerkzeuges (1, 9), das einen mit einem inkompressiblen Druckmedium (2) gefüllten Kasten (1) mit darin für den Randbereich (7b) der Blechplatine (7) angeordneten Profilierungselementen (3), Klemmbacken (5, 6) zum dichten Einspannen der Blechplatine (7) in deren äußeren Randbereich (8) am Rand des Kastens (1) und einen in Richtung des Kastens (1) vestellbaren Pressenstempel (9) aufweist, an dessen Außenrand zu den Profilierungselementen (3) des Kastens korrespondierende Profilierungselemente (10) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenhochdruckumformen mittels des gegen den hohen Druck des Druckmediums (2) vorbewegten Pressenstempels (9) beendet wird, wenn der Pressenstempel (9) die Profilierungselemente (3) im Kasten (1) erreicht, indem der Druck des Druckmediums im Kasten (1) abgebaut wird, und dass dann die Umformung des Randbereichs (7b) der Blechplatine (7) zwischen den gegeneinandergepressten Profilierungselementen (3, 10) des Pressenstempels (9) und des Kastens (1) bei geringem Druck des Druckmediums (2) oder drucklos erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umformung des Randbereichs (7b) der Blechplatine (7) zwischen den gegeneinandergepressten Profilierungselementen (3, 10) des Pressenstempels die Einspannung des äußeren Randbereichs (8) der Blechplatine (7) gelöst wird, so dass Material in Richtung der Profilierungselemente (3, 10) nachfließen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespannte Blechplatine (7) vor dem Außenhochdruckumformen durch das Druckmedium (2) entgegengesetzt zur Richtung der Bewegung des Pressenstempels (9) beim Außenhochdruckumformen vorgereckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umformung des Randbereichs (7b) der Blechplatine (7) zwischen den gegeneinandergepressten Profilierungselementen (3, 10) die Profilierungselemente (3) des Kastens (1) gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Pressenstempels (9) weg- oder geschwindigkeitsabhängig gesteuert wird.