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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen und Härten eines
Bleches, wobei das Blech auf eine Härtetemperatur erwärmt und
zwischen einem Blechhalter, einem Stempel und einer Matrize umgeformt
und abgekühlt
wird. Außerdem
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Umformen und Härten eines
zwischen einem Blechhalter, einem Stempel und einer Matrize anordnenbaren
Bleches.
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Ein
vorgenanntes Verfahren ist zum Herstellen eines gehärteten Blechprofiles
bekannt, wonach die Herstellung aus einer Platine oder gegebenenfalls
aus einem bereits vorgeformten Bauteil in einem Presshärteverfahren
erfolgt. Dabei wird ein aus härtbarem
Stahl bestehendes Blechprofil auf eine Härtetemperatur erhitzt. Anschließend wird
das Blechprofil mittels einer Warmumformung in einem entsprechenden
Pressenwerkzeug umgeformt. Abschließend wird das Blechprofil ausgehärtet, wobei
es in dem Pressenwerkzeug verbleibt. Grundsätzlich besteht bei einem solchen
Warmumformverfahren die Gefahr einer Bildung von Rissen in dem Blech.
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Zudem
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefziehen von dünnen Blechen
großen
Ausmaßes
bekannt, wobei ein deformierbarer Stempel unter einem Tauchkolben
verwendet wird. Auch mit diesem bekannten Verfahren und dieser bekannten
Vorrichtung wird das Problem der Rissbildung in den Blechen nicht
beseitigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, das die Gefahr einer Beschädigung des
Bleches beim Umformen vermindert und gleichzeitig ein wirksames
Härten
des Bleches ermöglicht.
Darüber
hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein vorgenanntes
Verfahren durchführbar
ist.
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Die
erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem eingangs genannten
Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt ein Abstand zwischen
Matrize und Blechhalter auf ein Maß größer als die Blechdicke gegen
einen ersten Anschlag verringert wird und bei dem nachfolgend in
einem weiteren Schritt der Abstand zwischen Matrize und Blechhalter
auf ein der Blechdicke entsprechendes Maß gegen einen von dem ersten
Anschlag verschiedenen zweiten Anschlag verringert wird. Die Unteransprüche betreffen
besonders zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung.
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Bei
der Erfindung handelt es sich grundsätzlich um ein Umform- und Härteverfahren
für Blech, das
heißt
in der Regel gewalztes Metall in Form von ebenen, flachen Tafeln
oder Bändern;
gegebenenfalls kann das Blech auch ein bereits vorgeformtes Bauteil
sein. Eine Umformung des Bleches erfolgt mittels Stempel und Matrize,
der Blechhalter dient als Halte- und/oder
Hilfsmittel, kann aber gegebenenfalls auch eine Formgeometrie aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es aufgrund der in dem ersten Schritt zusätzlich zu der Blechdicke zwischen Blechhalter
und Matrize noch verbleibenden Luft, das heißt aufgrund eines zusätzlich zu
der Blechdicke zwischen Blechhalter und Matrize noch verbleibenden
Freiraumes oder Spieles, vorteilhaft ermöglicht, dem Blech während einer
Warmumformung hinreichend Raum zum Fließen zu geben, so dass einer Rissbildung
in dem Blech wirkungsvoll entgegengewirkt werden kann. Zusätzlich ist
durch den erfindungsgemäß vorgesehenen
nachfolgenden, weiteren Schritt, bei dem das Blech ohne Luft, das
heißt ohne
Freiraum oder Spiel, sowohl an der Matrize als auch an dem Blechhalter
flächig
zur Anlage kommt, gewährleistet,
dass das Blech wirksam gehärtet
wird. Mit der Erfindung können
somit vorteilhaft die grundsätzlich
entgegenstehenden Erfordernisse einer Vermeidung von Rissen in dem
Blech – für deren
Verhinderung man sich zum Beispiel das Vorsehen einer festen, starren
Distanzierung zwischen Blechhalter und Matrize vorstellen könnte – einerseits
und eines erfolgreichen Härtens
des Bleches – für dessen
Erreichen man sich beispielsweise den Verzicht auf jegliche Distanzierung
zwischen Blechhalter und Matrize vorstellen könnte – andererseits erfüllt werden.
Durch die neben dem Blech verbleibende Luft bei und gegebenenfalls
nach dem ersten Schritt kann das Blech zumindest weitestgehend unbehindert
fließen;
durch den Kontakt des Bleches sowohl mit der Matrize als auch mit
dem Blechhalter am Ende und gegebenenfalls auch noch nach dem weiteren
Schritt ist zudem eine sichere Wärmeabfuhr
aus dem Blech und damit ein Herunterkühlen und Härten des Bleches ermöglicht.
Dies wird insbesondere mit Hilfe der beiden unabhängig voneinander
und nacheinander wirkenden Anschläge erreicht. Vorteilhaft weist
das erfindungsgemäße Verfahren
eine vergleichsweise kurze Verfahrensdauer und damit auch einen
hohen Materialdurchsatz auf.
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Beispielsweise
ist es vorstellbar, dass sich Matrize und Blechhalter während des
weiteren Schrittes nicht nur relativ zueinander, sondern auch gemeinsam
gegen den zweiten Anschlag bewegen. Hingegen ist es insbesondere
zum Aufbringen eines hohen Pressendruckes auf das Blech von Vorteil, wenn
gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung während
des weiteren Schrittes der Blechhalter oder die Matrize an dem zweiten
Anschlag ortsfest anliegt.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Umformung
des Bleches vor dem weiteren Schritt im Wesentlichen abgeschlossen,
wobei im Wesentlichen eine Umformung in einer Größenordnung von mindestens 95
von hundert bedeutet. Dadurch wird die Beschädigungsgefahr für das Blech
weiter verringert.
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Es
ist zum Beispiel denkbar, dass der erste Anschlag nach dem ersten
Schritt motorisch eingefahren wird. Hingegen wird das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhaft vereinfacht und weist eine besonders hohe Prozesssicherheit
auf, wenn gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung während des
weiteren Schrittes der erste Anschlag von der Matrize oder dem Blechhalter
verdrängt
wird.
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Die
oben zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung der
eingangs genannten Art, wobei der Stempel relativ zu dem Blechhalter
und zu der Matrize bewegbar und auf das Blech zu dessen Umformung
einwirkbar ist, wobei die Matrize und der Blechhalter einen Abstand zwischen
Matrize und Blechhalter verringernd relativ zueinander gegen einen
ersten, verdrängbaren
Anschlag und einen zweiten Anschlag verschiebbar sind, wobei der
Blechhalter oder die Matrize den von der Matrize beziehungsweise
dem Blechhalter verdrängbaren
ersten Anschlag für
einen ein Maß größer als
die Blechdicke aufweisenden Abstand von Matrize und Blechhalter
haltert und wobei der zweite Anschlag ortsfest und für einen
ein der Blechdicke entsprechendes Maß aufweisenden Abstand von Matrize
und Blechhalter vorgesehen ist. Die weiteren Unteransprüche betreffen
besonders zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung,
die im Allgemeinen eine Pressvorrichtung ist, ist besonders geeignet
zur Durchführung
des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Für ein wirkungsvolles
und vielfältiges
Umformen des Bleches ist es von besonderem Vorteil, dass ein relativ
zu dem Blechhalter und zu der Matrize bewegbarer und auf das Blech
zu dessen Umformung einwirkbarer Stempel vorgesehen ist. Das Blech
ist so – eingelegt
zwischen Stempel und Matrize – von
Stempel und Matrize umformbar. In der Vorrichtung haltert eines
der relativ zueinander bewegbaren Bauelemente Blechhalter oder Matrize,
vorzugsweise jedoch der Blechhalter, den ersten Anschlag, der verdrängbar ist.
Der erste Anschlag ist dabei von jeweils dem anderen der vorgenannten
Bauelemente, das heißt
von dem Bauelement, welches den ersten Anschlag nicht haltert, verdrängbar, vorzugsweise
von der Matrize. Der erste Anschlag ist vorzugsweise schwimmend
gelagert. Der zweite Anschlag ist ortsfest, insbesondere gestellfest
an einem Maschinengestell der Pressvorrichtung, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angeordnet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der erste Anschlag
ein in dem Blechhalter oder der Matrize verschiebbar gelagertes
Distanzelement auf. Das Distanzelement kann dann in das Bauelement,
das den ersten Anschlag haltert, hinein verdrängt werden. Aufgrund der Verschiebbarkeit
des Distanzelementes ist eine einfache und sichere Lagerung und
Führung
des Distanzelementes ermöglicht.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung
der Erfindung in der Matrize oder dem Blechhalter, das heißt in dem
den ersten Anschlag nicht halternden der oben genannten Bauelemente,
ein gegen den ersten Anschlag anschlagbares und gegenüber dem
ersten Anschlag höheneinstellbares
Distanzstück
angeordnet ist. So kann auf einfache Weise der durch den ersten
Anschlag festgelegte Abstand zwischen Matrize und Blechhalter und
damit unmittelbar auch die zusätzlich zu
der Blechdicke verbleibende Luft zwischen Matrize und Blechhalter
eingestellt werden.
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Insbesondere
vorteilhaft für
ein Aufbringen von hohen Pressdrücken
auf das Blech und für
eine große
Stabilität
und Dauerhaltbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, wenn
gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung der zweite Anschlag eine Druckplatte
aufweist. Über
die Druckplatte, deren originäre
Aufgabe darin besteht, den Druck aufzunehmen, kann außerdem vorteilhaft
auch eine geometrische Abstimmung und Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgenommen werden. Zudem ist die Druckplatte beispielsweise im
Verschleißfall
leicht auswechselbar. Es können
eine, zum Beispiel ringförmige,
Druckplatte oder mehrere Druckplatten vorgesehen sein.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Hydraulikzylinder
zum Verfahren und Abstützen
des ersten Anschlages vorgesehen. Dadurch ist es möglich, auf
den ersten Anschlag einen definierten, voreinstellbaren Gegendruck
aufzubringen. Weist zudem der erste Anschlag einen Mitnehmer für das Bauelement,
in welchem er gehaltert ist, auf, so kann auch dieses Bauelement, vorzugsweise
der Blechhalter, mittels des Hydraulikzylinders verfahren werden,
insbesondere von dem zweiten, ortsfesten Anschlag nach Abschluss
der Bearbeitung eines Bleches und zur Aufnahme eines neuen, zu bearbeitenden
Bleches beabstandet werden.
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Ein
Ziehkissen ist zum Verfahren und Abstützen des ersten Anschlages
gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen. Das
Ziehkissen kann vorzugsweise hydraulisch betriebene Druckbolzen
aufweisen.
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Die
Erfindung lässt
vielfältige
Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere
davon in der Zeichnung schematisiert dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine
geschnittene Teilansicht einer ersten Pressvorrichtung,
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2 bis 5 jeweils
einen Ausschnitt der Pressvorrichtung nach 1 in unterschiedlichen Verfahrensstadien
und
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6 eine
Schnittansicht einer weiteren Pressvorrichtung.
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Sich
jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in einer Teilansicht eine als Pressvorrichtung 1 ausgebildete
Vorrichtung zum Umformen und Härten
eines zwischen einen Blechhalter 2 und einer Matrize 3 anordnenbares,
hier nicht dargestellten Bleches. Außerdem ist ein hier nicht dargestellter
Stempel vorgesehen, der relativ zu dem Blechhalter 2 und
zu der Matrize 3 bewegbar und auf das Blech zu dessen Umformung
einwirkbar ist. Der Stempel wird von einer Stempelfutterplatte 4 gehaltert,
die über
Zwischenleisten 5 auf einer Aufspannplatte 6 abgestützt ist.
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In
der Stempelfutterplatte 4 ist ferner mittels einer Führungsbuchse 7 ein
Distanzelement 8 eines ersten Anschlages 9 verschiebbar
gelagert. Der Anschlag 9 mit Distanzelement 8 wird
allgemein auch als Penole bezeichnet. Zum Verfahren und Abstützen des
ersten Anschlages 9 sowie des Blechhalters 2 dient
ein auf der Aufspannplatte 6 befestigter Hydraulikzylinder 10.
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Das
Distanzelement 8 des ersten Anschlages 9 ist darüber hinaus
in dem Blechhalter 2 verschiebbar gelagert, wobei der Blechhalter 2 auf
einem radial vorstehenden, umlaufenden Bund 11 des Distanzelementes 8 aufliegt.
Abgestützt
wird der Blechhalter 2 in der hier dargestellten Stellung
der Pressvorrichtung 1 ferner von einer auf der Stempelfutterplatte 4 angeordneten
Druckplatte 12.
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In
Anlage an dem ersten Anschlag 9 befindet sich ein Distanzstück 13,
das in der Matrize 3 selbst und/oder in einer Matrizenfutterplatte 14 der
Matrize 3 befestigt ist. Das Distanzstück 13 ist mittels
einer Verschraubung höheneinstellbar
in der Matrize 3 angeordnet, so dass beispielsweise eine
Anpassung an die Blechdicke des in einem Blechzwischenraum 15 anzuordnenden
Bleches erfolgen kann.
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Ein
Verfahren zum Umformen und Härten des
Bleches mittels der Pressvorrichtung 1 nach 1 wird
anhand der 2 bis 5, die jeweils einen
Ausschnitt aus der Pressvorrichtung 1 nach 1 zeigen,
näher erläutert. In
einer Ausgangsstellung nach 2 ist der
Blechhalter 2 von dem Distanzelement 8 mittels
des Bundes 11 angehoben gegenüber der Druckplatte 12.
Der Blechhalter 2 befindet sich in einer ausgefahrenen
Stellung, und es besteht kein Kontakt zwischen erstem Anschlag 9 und Matrize 3 mit
Distanzstück 13.
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In
einem ersten Schritt wird – nachdem
das Blech auf eine Härtetemperatur
erwärmt
und in den Blechzwischenraum 15 zwischen Matrize 3 und Blechhalter 2 eingelegt
wurde – ein
veränderlicher Abstand
h zwischen Matrize 3 und Blechhalter 2 auf ein
Maß größer als
die Blechdicke in durch einen Pfeil 16 symbolisierter Bewegungsrichtung
der Matrize 3 auf den Blechhalter 2 zu verringert,
und zwar erfolgt diese Abstandsverringerung gegen den ersten Anschlag 9 und
auf ein Maß M1,
das größer ist
als die Blechdicke.
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Dabei
trifft zuerst die Matrize 3 in Gestalt des Distanzstückes 13 auf
das Distanzelement 8 (vgl. 3), und
im weiteren Verfahrensablauf (vgl. 4) drückt die
Matrize 3 das Distanzelement 8 nach unten, das
heißt
auf die Stempelfutterplatte 4 und die Druckplatte 12 zu.
Dadurch fällt
der auf dem Bund 11 des Distanzelementes 8 aufliegende
Blechhalter 2 ebenfalls nach unten, und zwar auf die einen zweiten
Anschlag 17 bildende Druckplatte 12 zu, bis der
Blechhalter 2 in eine Zurückstellung auf der Druckplatte 12 aufliegt.
Der Abstand zwischen Matrize 3 und Blechhalter 2 ist
dann auf ein Maß M1
größer als
die Blechdicke verringert, dieses Maß M1 entspricht der Blechdicke
plus etwas Luft.
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Im
weiteren Verfahrensablauf (vgl. 5) wird
der Abstand zwischen Matrize 3 und Blechhalter 2 weiter
verringert, und zwar gegen den von der an der Stempelfutterplatte 4 angeordneten
Druckplatte 12 gebildeten zweiten Anschlag 17.
Dabei wird von der Matrize 3 der erste Anschlag 9 mit
dem Distanzelement 8 durch den Blechhalter 2 und
in die Stempelfutterplatte 4 verdrängt. Die vorgenannten Abstandsverringerung
erfolgt auf ein Maß M2
zwischen Matrize 3 und Blechhalter 2, wobei das
Maß M2
der Blechdicke entspricht, es liegt keine Luft mehr zwischen Matrize 3 und
Blechhalter 2 vor.
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Eine
weitere, als Ziehpressvorrichtung ausgebildete Pressvorrichtung 1 zum
Umformen und Härten
eines Bleches ist in 6 in einer Schnittdarstellung
gezeigt. Eine hervorstehende, höheneinstellbare
Distanzstücke 13 aufweisende
und relativ zu einem Blechhalter 2 verfahrbare Matrize 3 wird
in einer Matrizenfutterplatte 14 gehalten. Der Blechhalter 2 liegt
in der hier gezeigten geöffneten
Stellung der Pressvorrichtung 1 auf Druckplatten 12 auf,
die sich auf einer Stempelfutterplatte 4 befinden. Weiterhin
ist mittig auf der Stempelfutterplatte 4 ein Stempel 23 fest
angeordnet.
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In
der Stempelfutterplatte 4 sind Distanzelemente 8 von
ersten Anschlägen 9,
allgemein auch als Penole bezeichnet, in Führungsbuchsen 7 verschiebbar
gelagert. Die ersten Anschläge 9 mit
den Distanzelementen 8 sind weiterhin gegenüber dem
Blechhalter 2 verschiebbar. In der hier gezeigten Stellung der
Pressvorrichtung 1, in welcher Stellung der Blechhalter 2 auf
den jeweils einen zweiten Anschlag 17 bildenden Druckplatten 12 aufliegt,
befindet sich Luft zwischen jeweils einem Bund 11 der Distanzelemente 8 und
dem Blechhalter 2 und/oder der Stempelfutterplatte 4.
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Mit
den Distanzelementen 8 wirken hydraulisch betriebene, in
einem Pressentisch 22 angeordnete Druckbolzen 18 eines
Ziehkissens oder Tischkissens der Pressvorrichtung 1 zusammen.
Zur Führung
des Blechhalters 2 dient eine Säulenführung 19 und/oder
eine Stollenführung 20.
Ferner ist eine Feder 21 zur Unterstützung des Haltens eines Abstandes
zum Blechhalter 2 vorhanden, wobei die Feder 21 den
Blechhalter 2 vorschiebt, so dass der Blechhalter 2 während des
Umform- und Härtevorganges nicht
allein aufgrund seines Eigengewichtes fallen muss.
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- 1
- Pressvorrichtung
- 2
- Blechhalter
- 3
- Matrize
- 4
- Stempelfutterplatte
- 5
- Zwischenleiste
- 6
- Aufspannplatte
- 7
- Führungsbuchse
- 8
- Distanzelement
- 9
- Anschlag
- 10
- Hydraulikzylinder
- 11
- Bund
- 12
- Druckplatte
- 13
- Distanzstück
- 14
- Matrizenfutterplatte
- 15
- Blechzwischenraum
- 16
- Pfeil
- 17
- Anschlag
- 18
- Druckbolzen
- 19
- Säulenführung
- 20
- Stollenführung
- 21
- Feder
- 22
- Pressentisch
- 23
- Stempel
- h
- Abstand
- M1
- Maß
- M2
- Maß