DE102004054679A1

DE102004054679A1 - Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges

Info

Publication number: DE102004054679A1
Application number: DE200410054679
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arbesmeier; Peter Hochholdinger; Hubert Waltl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-11-13
Also published as: DE102004054679B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines eine Matrize und einen damit zusammenwirkenden, bewegbaren Stempel aufweisenden Umformwerkzeuges, wobei bei der Ausbildung der jeweiligen Gravur dieser Werkzeugteile die Blechdicke eines Werkstückes als Abstandsmaß berücksichtigt wird. DOLLAR A Eine nachträgliche Einarbeitung (Tuschieren) des Umformwerkzeuges ist im Wesentlichen entbehrlich, wenn erfindungsgemäß lokal unterschiedliche Abstandsmaße berücksichtigt werden, die sich aus vermuteten Abstreckungen und/oder Aufdickungen des Werkstückes während der Umformung ergeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines eine Matrize und einen damit zusammen wirkenden, bewegbaren Stempel aufweisendes Umformwerkzeuges, insbesondere Tiefziehwerkzeuges, wobei bei der Ausbildung der jeweiligen Gravur dieser Werkzeugteile die Blechdicke eines Werkstückes als Abstandsmaß berücksichtigt wird.
Die übliche Vorgehensweise bei der Herstellung derartiger Umformwerkzeuge ist, dass ausgehend von einer vorgegebenen Kontur eines fertig geformten Werkstückes, dessen geometrische Daten einer anschließenden Fräsbearbeitung der Pressenstempelgravur zugrunde gelegt werden. Die damit korrespondierende Fräsbearbeitung der Matrizengravur und gegebenenfalls eines Niederhalters erfolgt mit einem konstantem Offset (theoretische Blechdicke) zum stempelseitigen Verlauf der Gravur.
Durch den eigentlichen Umformvorgang kann es über den Verlauf des Werkstückes allerdings zu Abstreckungen (Blech wird dünner) als auch zu Aufdickungen (Blech wird dicker oder wellig) kommen. Da in der Regel der Pressenstempel auf Nullmaß (Sollmaß) gefräst ist, bildet die Stempelgeometrie für alle Folgeoperationen die Referenzfläche. Aufgrund der vorstehend erwähnten, beim Umformvorgang sich ergebenden Deformationen (Abstreckungen, Aufdickungen) im Werkstück ergibt sich bei geschlossenem Werkzeug eine nicht mehr gleichmäßige und vollflächige Anlage von Stempel und Matrize am Werkstück. Da dies negativen Einfluss auf die Oberflächenqualität des Werkstückes hat muss die Gravur der Matrize bzw. eines eventuell vorhandenen Niederhalters so lange manuell bearbeitet werden (tuschiert), bis alle Funktionsflächen am Werkstück anliegen. Dieser Sachverhalt ist in den 1 und 2 dargestellt.
Nach erfolgtem Umformvorgang sind Stempel 1 und Matrize 2 geschlossen, eine Platine ist zu einem entsprechend konturierten Werkstück 3 umgeformt. Entlang des Konturverlaufes des Werkstückes 3 gibt es nun Bereiche 4 mit sehr geringer Abstreckung, so dass sowohl Stempel 1 als auch Matrize 2 am Werkstück 3 anliegen. Andererseits gibt es wiederum Bereiche 5 mit hoher Abstreckung mit der Folge, dass stempelseitig ein Spalt 6 zwischen Werkstück 3 und Stempel 1 verbleibt. Um nun eine insgesamt großflächige Anlage beider Werkzeugteile am Werkstück 3 zu erreichen, muss die Matrize 2 bzw. ein eventuell vorhandener Niederhalter an in 2 gezeigten Bereichen 7 so lange manuell bearbeitet werden (tuschiert), bis alle Funktionsflächen am Werkstück 3 anliegen. Diese Nachbearbeitung bzw. Endbearbeitung großflächiger Umformwerkzeuge ist äußerst aufwändig.

In der DE 43 11 154 C2 ist eine entsprechende Vorgehensweise beschrieben. Für eine hohe Formgenauigkeit der korrespondierenden Werkzeugflächen ist es erforderlich, zunächst einen Tuschiervorgang zwischen Ober- und Unterwerkzeug in einer Tuschier- oder Erprobungspresse durchzuführen. Hierbei wird zunächst ein Tragbild erhalten, das angibt, an welchen Stellen noch eine weitere, im Allgemeinen manuelle Endbearbeitung durch Schaben oder dergleichen erforderlich ist, um größere tragende Flächen zu erhalten. Dabei wird in mehreren Arbeitsgängen zunächst zur Herstellung des Tragbildes das Werkstück oder die Werkzeugteile mit Tusche oder Tuschierpaste bestrichen, so dass nach dem Umformen diejenigen Flächenbereiche erkennbar sind, die der Nachbearbeitung bedürfen. Diese Endbearbeitung zur Verbesserung des Tragbildes wird vorwiegend in Handarbeit, z.B. durch Schaben oder Schleifen, von qualifizierten Werkzeugmachern mit verhältnismäßig hohem Zeitaufwand nach dem Tuschierbild (Tragbild) durchgeführt und ist entscheidend für die Qualität und Standmenge der Werkzeuge.

Die 43 11 154 C2 widmet sich dem Ziel, eine Möglichkeit aufzuzeigen, Tuschierpressenkapazität besser als bisher zu nutzen und bei unverändert hohem Sicherheitsstandard eine höhere Produktivität und Auslastung bestehender Anlagen zur Endbearbeitung von Werkzeugen zu erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensweise aufzuzeigen, die es ermöglicht, vollständig auf diese nachträgliche Einarbeitung (Tuschieren) des Umformwerkzeuges zu verzichten oder zumindest diesen Einarbeitungsaufwand deutlich zu reduzieren.

Die erfindungsgemäße Lösung ist in einer Verfahrensweise nach Patentanspruch 1 zu sehen.

Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beansprucht.

Anderweitig vorbekannter Stand der Technik konnte hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorgehensweise keine Anregungen vermitteln.

So beschreibt die EP 0 550 390 B1 eine Modellform zum Messen der Werte von Parametern, die dem Ziehen von Blechstücken eigen sind, um Formteile herzustellen. Die Modellform ist dabei mit einer Vielzahl von Fühlern und Sensoren ausgestattet, wobei die damit gemessenen Werte dazu verwendet werden, um ein mathematisches Modell des Ziehvorganges zu verbessern, bzw. um das Ziehverfahren zu analysieren und/oder zu steuern. Die DE 197 16 663 C1 beschreibt eine Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachmaterial, wobei bei der Werkzeuggestaltung berücksichtigt wird, dass das zu verarbeitende Blech, welches als Bandmaterial (Coil) von den Walzwerken geliefert wird, Liefertoleranzen von einigen 1:100 mm aufweist. Die Liefertoleranzen enthalten neben einer generellen Blechdickentoleranz auch Dickenabweichungen über die Coilbreite sowie über die Coillänge. Die DE 43 07 563 A1 bezieht sich auf ein tiefge zogenes oder formgestanztes Blechstrukturteil mit partieller Doppelblechstruktur, wobei erwähnt ist, dass das Tiefziehwerkzeug an das Blechstrukturteil anzupassen ist, dahingehend, dass matrizenseitig oder an Stempel und Blechhalter im Übergangsbereich vom Verstärkungsblech auf das Grundblech eine Abstufung vorgesehen sein soll, die durch einfachen Materialabtrag realisiert werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend erläutert. In der Zeichnung zeigen

1 einen Ausschnitt aus einem geschlossenen Umformwerkzeug nach Abschluss des Umformvorganges,

2 das wiederum geschlossene Werkzeug nach abgeschlossener Tuschierarbeit und

3 eine Darstellung eines Werkstückes mit die unterschiedlich starken Abstreckungen über die Oberfläche widerspiegelnden Schattierungen als Ergebnis einer Ziehsimulation.

Die 1 und 2 geben den Stand der Technik wieder, darauf wurde bereits in der Beschreibungseinleitung eingegangen.
3 zeigt eine Darstellung eines umgeformten Werkstückes 3, bei dem durch eine rechnergestützte Tiefziehsimulation die Vorgänge im Werkstück, insbesondere das Entstehen von Abstreckungen und Aufdickungen ermittelt und dieses Ergebnis durch geeignete Schattierungen über den Oberflächenverlauf des Werkstückes 3 dargestellt wird. Dabei sind Bereiche 8 erkennbar, in denen sich bis zu 30 % Blechdickenreduzierung ergeben. Anderseits sind wiederum Flächeabschnitte 9 erkennbar, in denen keine Bleckdickenreduzierung im Verlaufe der Umformung zu verzeichnen ist oder eine solche nur geringfügig bis zu höchstens etwa 5 % stattfindet.
Bei der Ziehsimulation (z.B. über „Autoform" oder „Pamp Stamp") wird der Vorgang der Blechumformung in der Theorie nachgestellt. Es werden hierbei Kriterien wie Blechgüte, Blechverformbarkeit, Reibfaktor, Oberflächenrauhigkeit, Schmierung usw. berücksichtigt. Dabei wird die Abstreckung für jedes Flächensegment errechnet. Diese Abstreckung ist direkt proportional zur Blechdickenreduzierung. Daher kann an jeder Stelle der Werkstückoberfläche ein Abstandmaß berechnet werden, das die Restblechdicke nach dem Ziehvorgang wiedergibt. Für die Berechnung wird in bekannter Weise die Finite Elemente Methode genutzt, die das Blechteil in eine Gitterstruktur umwandelt und die Veränderung der Gitterelemente in den Umformgrad umrechnet. Die Durchführung dieser Tiefziehsimulation als solche ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt und geläufig, so dass an dieser Stelle auf Details nicht weiter eingegangen werden muss.
Gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden nun die Ergebnisse dieser Tiefziehsimulation auf folgende Weise verwendet:
Ausgehend vom stempelseitigen Oberflächenverlauf werden aus der Ziehsimulation Oberflächen für Matrize und gegebenenfalls Niederhalter erzeugt, die lokal unterschiedliche Abstandsmaße zur stempelseitigen Oberfläche aufweisen, entsprechend der lokal unterschiedlichen Blechdicke des umgeformten Werkstückes. Die Fräsbearbeitung der stempelseitigen Gravur orientiert sich also an den Sollvorgaben der gewünschten Werkstückkontur, die Fräsbearbeitung von Matrize und gegebenenfalls Niederhalter erfolgt nicht, wie im Stand der Technik geläufig, mit einem konstanten Offset zur stempelseitigen Gravur sondern vielmehr mit über die Fläche gesehen unterschiedlichem Offset gemäß der Ergebnisse der Ziehsimulation. Damit kann auf eine nachträgliche Einarbeitung (Tuschieren) gänzlich verzichtet werden oder diese Arbeiten sind auf ein Mindestmaß reduziert und beziehen sich nur noch auf Ungenauigkeiten aus der Ziehsimulation.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines eine Matrize und einen damit zusammen wirkenden, bewegbaren Stempel aufweisendes Umformwerkzeuges, insbesondere Tiefziehwerkzeuges, wobei bei der Ausbildung der jeweiligen Gravur dieser Werkzeugteile die Blechdicke eines Werkstückes als Abstandsmaß berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass lokal unterschiedliche Abstandsmaße berücksichtigt werden, die sich aus Abstreckungen und/oder Aufdickungen des Werkstückes (3) während der Umformung ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lokal unterschiedlichen Abstandsmaße durch eine vorherige Ziehsimulation ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Fräsbearbeitung der Stempelgravur auf Sollmaß als Referenzfläche, ausgehend von einer vorgegebenen Kontur des fertig geformten Werkstückes (3), und eine das Ergebnis der Ziehsimulation berücksichtigende Fräsbearbeitung der Matrizen- und gegebenenfalls der Niederhaltergravur.