DE102005020528A1

DE102005020528A1 - Three-stage punch process to fabricated perforated sheet metal matrix panel

Info

Publication number: DE102005020528A1
Application number: DE200510020528
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gassner
Original assignee: Gassner & Co KG GmbH
Current assignee: Gassner & Co KG GmbH
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-11-09

Abstract

In a process to perforate a sheet metal panel (1), the sheet metal is subjected to preliminary deformation. In the next stage the hole is punched and the punch then withdrawn. In a third stage, the metal rim around the hole is de-stressed by a small countersunk profile formed by the punch shoulder (7).

Description

Verfahren zum Lochen eines Blechesmethod for punching a sheet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lochen eines Bleches mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize, wobei das Blech mit Hilfe des Stempels im Lochrandbereich auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite plastisch verformt wird.The The invention relates to a method for punching a sheet with the help of a punch and a die, with the sheet metal Help the punch in the hole edge area on the opposite of the die Side is plastically deformed.

Da beim Lochstanzen von Blechen durch das Zusammenwirken von Stempel und Matrize wegen des gegenüber dem Stempel größeren Durchmessers der Matrize ein sich in Stanzrichtung konisch erweiterndes Stanzloch ergibt, ist es bekannt ( US 2 369 896 A ) den Stempel im Anschluß an einen axialen Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf den Nenndurchmesser des Stanzloches zu erweitern, um in einem Arbeitsgang nicht nur den Lochputzen auszustanzen, sondern auch die Lochwandung durch eine Kaltverformung auf den Nenndurchmesser aufzuweiten. Das dadurch bedingte Fließen des Werkstoffs gegen den matrizenseitigen Lochrand bedingt wie auch die stanzbedingte Werkstoffverdrängung beim Einsatz von durchgehend zylindrischen Stempeln Spannungen im Lochrandbereich auf der Matrizenseite, was beim Stanzen von einer Vielzahl von Löchern zu einem Wölben des Bleches führen kann, das dann einem nachträglichen Richtvorgang unterworfen werden muß.Since the punching of metal sheets by the interaction of punch and die because of the opposite the punch larger diameter of the die results in a punching direction conically expanding punch hole, it is known ( US 2 369 896 A ) to expand the punch following an axial section of reduced diameter to the nominal diameter of the punch hole in order to punch out not only the hole plasters in one operation, but also to expand the hole wall by cold deformation to the nominal diameter. The consequent flow of the material against the die-side hole edge caused as well as the punch-related material displacement in the use of continuous cylindrical punches stresses in the hole edge area on the Matrizenseite, which can lead to buckling of the sheet during punching of a plurality of holes, then a subsequent straightening must be subjected.

Um die Belastbarkeit von Blechen aus einem Aluminiumwerkstoff im Bereich von Verschraubungslöchern zu erhöhen, ist es bekannt ( EP 1 103 317 A2 ), das durch einen Niederhalter an eine Matrize angedrückte Blech zwischen einem die Stanzöffnung der Matrize verschließenden Abschlußstempel und einem Pressenstempel im Lochbereich so vorzuformen, daß der zwischen dem Pressenstempel und dem Abschlußstempel verdrängte Werkstoff radial nach außen fließt und eine Verdickung des Bleches entlang des Lochrandbereiches bewirkt. Mit dem Rückziehen des Abschlußstempels kann dann der Stanzhub des Preßstempels durchgeführt und der Lochputzen ausgestanzt werden. Durch die Werkstoffanhäufung im Lochrandbereich einerseits und die damit verbundene Kaltverfestigung anderseits wird die angestrebte Steigerung der Belastbarkeit des Bleches im Lochbereich erreicht. Ein solches Verfahren zum Lochstanzen setzt eine Verdickung der Lochränder im Zuge des Stanzvorganges voraus und ist daher grundsätzlich ungeeignet, ein stanzbedingtes Aufwölben von Blechen zu vermeiden, bei denen keine Lochrandverdickungen vorgesehen werden sollen.In order to increase the load capacity of aluminum sheet metal in the area of screw holes, it is known ( EP 1 103 317 A2 ) preforming the sheet pressed by a hold-down to a die between a final punch the die closing the die and a punch in the hole area so that the displaced between the press ram and the end punch material flows radially outward and causes a thickening of the sheet along the hole edge region , With the withdrawal of the final stamp then the punching stroke of the press ram can be carried out and the hole cleaning be punched out. Due to the accumulation of material in the hole edge area on the one hand and the associated work hardening on the other hand, the desired increase in the load capacity of the sheet is achieved in the hole area. Such a method for punching requires a thickening of the edges of the hole in the course of the punching process and is therefore in principle unsuitable to avoid a stamping caused bulging of sheets, where no Lochrandverdickungen should be provided.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Lochen eines Bleches so auszugestalten, daß der Neigung des Bleches zur Aufwölbung beim Stanzen entgegengewirkt werden kann, so daß ebene Lochbleche ohne aufwendiges Nachrichten erhalten werden können.Of the Invention is therefore the object of a method for punching to design a sheet so that the inclination of the sheet to bulge the Punching can be counteracted, so that flat perforated plates without consuming messages can be obtained.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Blech vor dem Lochstanzen im Lochrandbereich durch ein Auswölben des Lochbereiches gereckt und nach dem Lochstanzen zum Ausgleich innerer Spannungen auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite durch ein Prägen im Lochrandbereich angesenkt wird.outgoing of a method of the type described solves the invention the task posed by the fact that the sheet before punching In the hole edge area stretched by a bulging of the hole area and after punching to compensate for internal stresses on the the die opposite Page by embossing in Hole edge area is lowered.

Der Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, das Blech zunächst vor dem Lochstanzen im Lochrandbereich durch ein Auswölben des Lochbereiches zu recken, und zwar mit dem Ziel, spätere durch den Stanzvorgang bedingte Werkstoffanhäufungen im Lochrandbereich auf der Matrizenseite zu verringern, was eine geringere Neigung des gestanzten Bleches zum Aufwölben zur Folge hat. Der durch diese Vorbehandlung des Lochbereiches vor der eigentlichen Stanzbearbeitung bedingte Tiefziehvorgang ist jedoch noch nicht hinreichend, um beim Ausstanzen einer Vielzahl von Löchern ein Aufwölben des Bleches zu vermeiden. Erst mit einem der Stanzbearbeitung nachfolgenden Ansenken des Lochrandbereiches durch einen Prägevorgang auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite des Bleches und dem damit verbundenen Werkstofffluß kann ein Ausgleich innerer Blechspannungen in einem Ausmaß herbeigeführt werden, das keine Neigung des Bleches zum Aufwölben mehr erwarten läßt. Mit der durch das Prägen von Ansenkungen der Stanzlöcher bedingten Kaltverformung des Bleches können den stanzbedingten Spannungen auf der Matrizenseite Spannungen im Lochrandbereich auf der der Matrize gegenüberliegenden Seite entgegengestellt werden, so daß sich diese Spannungen auf den beiden Blechseiten hinsichtlich der Wölbungsneigung aufheben, was das Stanzen ebener Lochbleche ohne aufwendiges Nachrichten ermöglicht. Das für diesen Zweck jeweils erforderliche Maß der Senkung hängt von den jeweiligen Stanzbedingungen ab und kann in einfacher Weise durch Vorversuche festgelegt werden. Zur Anpassung an die jeweiligen Stanzbedingungen können die Ansenktiefe und der Winkel der Ansenkung verändert werden. Wird das Ansenken des Lochrandbereiches im gleichen Arbeitsschritt wie das Lochstanzen vorgenommen, was jedoch nicht zwingend ist, so ergibt sich für das erfindungsgemäße Lochstanzen kein zusätzlicher Arbeitsaufwand.Of the The invention is therefore based on the idea, the sheet first before the punching in the hole edge area by a bulging of the Hole area to be stretched, with the aim of later through the punching process-related material accumulations in the hole edge area on the die side, which is less inclined the punched sheet to bulge entails. The front of this pre-treatment of the hole area However, the actual punching processing-related thermoforming process is not yet sufficient to punch in a variety of holes Bulging the Avoid metal sheets. Only with one of the punching processing following Lowering of the hole edge area by an embossing process on the die opposite Side of the sheet and the associated material flow can one Compensation of internal plate stresses are induced to an extent that does not incline of the sheet to bulge expect more. With the by embossing of countersinking the punch holes conditional Cold deformation of the sheet can the punching stresses on the die side voltages in Opposed hole edge area on the opposite side of the die be so that These tensions on the two sides of the sheet in terms of curvature cancel what the punching flat perforated plates without elaborate messages allows. That for The required level of reduction depends on this purpose the respective punching conditions and can in a simple manner Preliminary tests are set. To adapt to the respective punching conditions, the Ansektiefe and the angle of the countersink are changed. Will the sinking the hole edge area in the same step as the hole punching made, but this is not mandatory, it results for the invention punching no additional Workload.

Zur Durchführung des Verfahrens kann von einer herkömmlichen Vorrichtung zum Lochen eines Bleches mit einer Matrize und einem Stempel ausgegangen werden, weil der Stempel lediglich mit einem über einen Stanzabschnitt gegen die Matrize axial vorstehenden Stempelansatz zum Auswölben des Lochbereiches des Bleches und im axialen Anschluß an den Stanzabschnitt auf der der Matrize abgekehrten Seite mit einer sich konisch erweiternde Schulter zum Prägen einer Senkung versehen werden muß. Da beim Lochstanzen zunächst der über den Stanzabschnitt des Stempels gegen die Matrize vorstehende Stempelansatz auf den Lochbereich aufsetzt, wird dieser unter einem Strecken der beteiligten Werkstoffteile in die Matrizenöffnung ausgewölbt, bevor der eigentliche Stanzvorgang mit Hilfe des Stanzabschnittes eingeleitet wird. Die sich konisch erweiternde Schulter im Anschluß an den Stanzabschnitt kann unmittelbar nach dem Ausstanzen des Lochputzens zum Einsatz kommen, so daß sich auch hinsichtlich des Stempelhubes übliche Verhältnisse ergeben. Es ist ledig lich dafür zu sorgen, daß die Ansenkung des Lochrandbereiches entsprechend beschränkt bleibt, um nicht eine gegensinnige Wölbung des Bleches zu verursachen.To carry out the method may be of a conventional apparatus for punching a Bleed with a die and a stamp are assumed because the stamp only with an over a punching section against the die axially projecting punch projection for buckling of the hole portion of the sheet and in the axial connection to the punching section on the side facing away from the die with a conically widening shoulder must be provided for embossing a reduction. Since during punching first the stamp projection projecting beyond the punching section of the punch against the die touches the hole area, it is bulged into the die opening by stretching the material parts involved before the actual punching process is initiated with the aid of the punching section. The conically widening shoulder following the punching section can be used immediately after punching out the hole plaster, so that also arise with regard to the Stempelhubes usual conditions. It is single Lich to ensure that the countersink of the hole edge area remains correspondingly limited, so as not to cause an opposite curvature of the sheet.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigenBased the drawing, the inventive method is explained in detail. It demonstrate

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Lochen eines Bleches in der Anfangsphase der Bearbeitung in einem schematischen Axialschnitt, 1 a device according to the invention for punching a sheet in the initial phase of machining in a schematic axial section,

2 diese Vorrichtung in der Endphase der Bearbeitung und 2 this device in the final stages of processing and

3 das bearbeitete Blech mit dem ausgestanzten Loch ausschnittsweise im Querschnitt. 3 the machined plate with the punched hole fragmentary in cross section.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung zum Lochen eines Bleches 1 besteht aus einer Matrize 2 und einem Stempel 3, der gemäß dem Ausführungsbeispiel eine mit einer umlaufenden Gegenschneide 4 der Matrize 2 zusammenwirkende Schneide 5 im Stirnbereich eines Stanzabschnittes 6 aufweist. An diesen Stanzabschnitt 6 des Stempels 3 schließt eine sich konisch erweitende Schulter 7 an, die zum Prägen einer Ansenkung 8 des Stanzloches 9 dient, wie dies der 3 entnommen werden kann.The schematically illustrated device for punching a sheet 1 consists of a die 2 and a stamp 3 of the embodiment according to one with a circumferential counter-blade 4 the matrix 2 cooperating cutting edge 5 in the front area of a punching section 6 having. At this punching section 6 of the stamp 3 closes a conically expanding shoulder 7 on, for embossing a countersink 8th the punch hole 9 serves as this 3 can be removed.

Auf der die Schneiden 5 bildenden Stirnseite des Stanzabschnittes 6 des Stempels 3 steht axial ein Stempelansatz 10 vor, der gemäß der 1 vor dem eigentlichen Stanzvorgang ein Vorwölben des Bleches 1 in die Matrizenöffnung bedingt. Durch das Vorwölben des Bleches 1 im Lochbereich ergibt sich eine Streckung des Bleches 1 im Bereich der Lochränder, was beim nachfolgenden Stanzvorgang eine geringere Werkstoffanhäufung im Bereich des Lochrandes auf der Matrizenseite und damit geringere innere Spannungen in diesem Lochrandbereich zur Folge hat.On the the cutting edges 5 forming end face of the punching section 6 of the stamp 3 is axially a stamp approach 10 before, according to the 1 before the actual punching a bulging of the sheet 1 conditioned in the die opening. By the bulging of the sheet 1 in the hole area results in an extension of the sheet 1 in the area of the hole edges, which has a lower material accumulation in the region of the hole edge on the die side and thus lower internal stresses in this hole edge area in the subsequent punching process result.

Wie der 2 entnommen werden kann, kommt unmittelbar nach dem Ausstanzen des Lochputzens 11 die sich konisch erweiternde Schulter 7 des Stempels 3 zum Einsatz, mit deren Hilfe das Blech 1 im Lochrandbereich auf der der Matrize 4 gegenüberliegenden Seite durch ein Prägen im Sinne einer Ansenkung 8 des Stanzloches 9 bearbeitet wird. Die mit diesem Prägevorgang verbundene Kaltverformung des Lochrandbereiches bedingt in diesem Lochrandbereich das Auftreten von Spannungen, die eine im Vergleich zu den Spannungen im Lochrandbereich auf der Seite der Matrize 4 gegensinnige Wölbungsneigung nach sich ziehen. Können daher die durch die Ansenkung 8 bedingten Spannungen in einer den stanzbedingten Spannungen auf der gegenüberliegenden Seite vergleichbaren Größenordnung gehalten werden, so heben sich die Wirkungen dieser Spannungen auf den beiden Blechseiten nach außen hin weitgehend auf, so daß das Blech 1 eben bleibt. Die Größe der Ansenkung 8 ist daher entsprechend den jeweiligen Stanzbedingungen zu wählen, was durch einfache Vorversuche ohne Schwierigkeiten vorbestimmt werden kann.Again 2 can be removed, comes immediately after punching the hole plaster 11 the conically expanding shoulder 7 of the stamp 3 used to help with the sheet metal 1 in the hole edge area on the die 4 opposite side by embossing in the sense of a countersink 8th the punch hole 9 is processed. The cold deformation of the hole edge area associated with this embossing process causes, in this hole edge area, the occurrence of stresses which, compared with the stresses in the hole edge area, on the side of the die 4 opposing curvature tendency to pull. Can therefore by the countersink 8th conditional stresses are kept comparable in a magnitude comparable to the punching stresses on the opposite side, so the effects of these stresses on the two sheet sides cancel outwardly to a large extent, so that the sheet 1 just stays. The size of the countersink 8th is therefore to choose according to the respective punching conditions, which can be predetermined by simple preliminary tests without difficulty.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, das das Stanzwerkzeug nur schematisch wiedergibt. So fehlt ein üblicher Niederhalter, mit dessen Hilfe das zu bearbeitende Blech an die Matrize niedergedrückt wird, bevor der Stempel beaufschlagt wird. Obwohl sich hinsichtlich der Stempelausbildung mit einem über den eigentlichen Stanzabschnitt vorstehenden Stempelansatz und einer sich konisch erweiternden Schulter im Anschluß an diesen Stanzabschnitt besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen ergeben, ist die Herstellung von Lochblechen nicht auf den Einsatz solcher Stempel angewiesen, weil die einzelnen Verfahrensschritte auch nacheinander mit getrennten Werkzeugen durchgeführt werden können.The Invention is self-evident not to the illustrated embodiment limited, that the punching tool only schematically reproduces. So a common one is missing Downholder, with the help of the sheet to be machined to the Die pressed down is before the punch is applied. Although in terms of the stamp training with an over the actual punching section protruding stamp projection and a conically widening shoulder following this punching section derive particularly advantageous design conditions is the Production of perforated sheets not on the use of such punches instructed because the individual process steps also successively can be performed with separate tools.

Claims

Method for perforating a sheet with the aid of a punch and a die, wherein the sheet is plastically deformed by means of the punch in the hole edge area on the side opposite the die, characterized in that the sheet ( 1 ) before the hole punching in the hole edge area by a bulging of the hole area stretched and after punching to compensate for internal stresses on the die ( 2 ) opposite side is countersunk by embossing in the hole edge region.

Apparatus for punching a sheet according to the method of claim 1 with a die and a stamp, characterized in that the stamp ( 3 ) one via a punching section ( 6 ) against the die axially projecting stamp approach ( 10 ) for bulging the hole area of the sheet ( 1 ) and in axial connection with the punching section (FIG. 6 ) on the side facing away from the die a conically widening shoulder ( 7 ) for embossing a depression.